JPH05137319A - スイツチング電源の実装構造 - Google Patents
スイツチング電源の実装構造Info
- Publication number
- JPH05137319A JPH05137319A JP29586891A JP29586891A JPH05137319A JP H05137319 A JPH05137319 A JP H05137319A JP 29586891 A JP29586891 A JP 29586891A JP 29586891 A JP29586891 A JP 29586891A JP H05137319 A JPH05137319 A JP H05137319A
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- JP
- Japan
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- rectifying
- smoothing circuit
- metal core
- power supply
- core substrate
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 プリント基板の実装面全体を放熱に利用し
て、発熱性電子部品にヒートシンクを取り付ける必要の
ないスイッチング電源の実装構造を提供すること。 【構成】 交流電流を入力する整流平滑化回路１０と、
所定電圧の直流電流を負荷側に供給するＤＣ−ＤＣコン
バータ部２０と、これらを搭載する金属コア基板３０と
有するスイッチング電源である。好ましくは、次の関係
式を充足させる。 ｄ・ＰL ＜ΔＴ・κ・Ｓ， ここで、ｄは整流平滑化回路の発熱中心とＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部の発熱中心との距離、ＰL はスイッチング電
源の損失、ΔＴは整流平滑化回路の最高温度とＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ部の最高温度との偏差温度、κは金属コア
基板の熱伝導率、Ｓは金属コア基板の断面積である。
て、発熱性電子部品にヒートシンクを取り付ける必要の
ないスイッチング電源の実装構造を提供すること。 【構成】 交流電流を入力する整流平滑化回路１０と、
所定電圧の直流電流を負荷側に供給するＤＣ−ＤＣコン
バータ部２０と、これらを搭載する金属コア基板３０と
有するスイッチング電源である。好ましくは、次の関係
式を充足させる。 ｄ・ＰL ＜ΔＴ・κ・Ｓ， ここで、ｄは整流平滑化回路の発熱中心とＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部の発熱中心との距離、ＰL はスイッチング電
源の損失、ΔＴは整流平滑化回路の最高温度とＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ部の最高温度との偏差温度、κは金属コア
基板の熱伝導率、Ｓは金属コア基板の断面積である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属コア基板をプリント
基板とするスイッチング電源に係り、特に放熱効率の良
い実装構造の改良に関する。
基板とするスイッチング電源に係り、特に放熱効率の良
い実装構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】本出願人は、実開昭６１−１７１２５８
号公報や実開昭６３−１３８８８６号公報でスイッチン
グ電源の実装構造を提案している。このような装置で
は、プリント基板の材料としてガラスエポキシ樹脂など
が用いられているとともに、パワートランジスタ等の発
熱性電子部品が使用されている。この場合、電子部品の
放熱にはヒートシンク等の個別素子が装着されている。
また商用の交流電源を電力源として用いる場合には、別
途整流平滑化回路やノイズフィルタ回路を接続してあ
る。
号公報や実開昭６３−１３８８８６号公報でスイッチン
グ電源の実装構造を提案している。このような装置で
は、プリント基板の材料としてガラスエポキシ樹脂など
が用いられているとともに、パワートランジスタ等の発
熱性電子部品が使用されている。この場合、電子部品の
放熱にはヒートシンク等の個別素子が装着されている。
また商用の交流電源を電力源として用いる場合には、別
途整流平滑化回路やノイズフィルタ回路を接続してあ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヒート
シンク等を装着すると体積が大きくなり、通風などの放
熱性が影響を受け、実装上で配慮をして発熱素子の温度
を規定値以下に保持する必要があった。また整流平滑化
回路やノイズフィルタ回路を実装すると、十分なグラン
ドアースの確保に支障を生じたり、接続線の引回しに付
随してノイズ抑制特性が劣化するという課題があった。
更に金属コア基板にＤＣ−ＤＣコンバータ単体を実装す
る例も知られているが、基板面積が狭くヒートシンクを
取り付ける必要が生じて、十分な小型化が達成できない
という課題があった。
シンク等を装着すると体積が大きくなり、通風などの放
熱性が影響を受け、実装上で配慮をして発熱素子の温度
を規定値以下に保持する必要があった。また整流平滑化
回路やノイズフィルタ回路を実装すると、十分なグラン
ドアースの確保に支障を生じたり、接続線の引回しに付
随してノイズ抑制特性が劣化するという課題があった。
更に金属コア基板にＤＣ−ＤＣコンバータ単体を実装す
る例も知られているが、基板面積が狭くヒートシンクを
取り付ける必要が生じて、十分な小型化が達成できない
という課題があった。
【０００４】本発明はこのような課題を解決したもの
で、プリント基板の実装面全体を放熱に利用すること
で、各発熱性電子部品にヒートシンクを取り付ける必要
のないスイッチング電源の実装構造を提供することを目
的とする。
で、プリント基板の実装面全体を放熱に利用すること
で、各発熱性電子部品にヒートシンクを取り付ける必要
のないスイッチング電源の実装構造を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明は、交流電流を入力して直流電流に変換する整
流平滑化回路１０と、この整流平滑化回路の出力する直
流電流をスイッチングして所定電圧の直流電流を負荷側
に供給するＤＣ−ＤＣコンバータ部２０と、これら整流
平滑化回路とＤＣ−ＤＣコンバータ部を搭載する金属コ
ア基板３０と有するスイッチング電源の実装構造であ
る。好ましくは、次の関係式を充足させるとよい。 ｄ・ＰL ＜ΔＴ・κ・Ｓ， ここで、ｄは整流平滑化回路の発熱中心とＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部の発熱中心との距離、ＰL はスイッチング電
源の損失、ΔＴは整流平滑化回路の最高温度とＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ部の最高温度との偏差温度、κは金属コア
基板の熱伝導率、Ｓは金属コア基板の断面積である。
る本発明は、交流電流を入力して直流電流に変換する整
流平滑化回路１０と、この整流平滑化回路の出力する直
流電流をスイッチングして所定電圧の直流電流を負荷側
に供給するＤＣ−ＤＣコンバータ部２０と、これら整流
平滑化回路とＤＣ−ＤＣコンバータ部を搭載する金属コ
ア基板３０と有するスイッチング電源の実装構造であ
る。好ましくは、次の関係式を充足させるとよい。 ｄ・ＰL ＜ΔＴ・κ・Ｓ， ここで、ｄは整流平滑化回路の発熱中心とＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部の発熱中心との距離、ＰL はスイッチング電
源の損失、ΔＴは整流平滑化回路の最高温度とＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ部の最高温度との偏差温度、κは金属コア
基板の熱伝導率、Ｓは金属コア基板の断面積である。
【０００６】
【作用】一般に整流平滑化回路の発熱量は、ＤＣ−ＤＣ
コンバータ部の発熱量に比較して小さい。そこで、ＤＣ
−ＤＣコンバータ部で発生する熱を金属コア基板の熱伝
導性を利用して、整流平滑化回路の搭載されている領域
に伝導する。これにより金属コア基板の全体をＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ部の放熱に利用することができる。この場
合、必要な放熱面積を得るために、所定の式を充足する
必要がある。
コンバータ部の発熱量に比較して小さい。そこで、ＤＣ
−ＤＣコンバータ部で発生する熱を金属コア基板の熱伝
導性を利用して、整流平滑化回路の搭載されている領域
に伝導する。これにより金属コア基板の全体をＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ部の放熱に利用することができる。この場
合、必要な放熱面積を得るために、所定の式を充足する
必要がある。
【０００７】
【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。図において、金属コア基板３０上には整流平滑化回
路１０とＤＣ−ＤＣコンバータ部２０が隣接して実装さ
れている。整流平滑化回路１０は公知の回路であって、
ダイオードブリッジ回路や平滑用コンデンサを用いて商
用電源より供給される交流電流を直硫化している。ＤＣ
−ＤＣコンバータ部２０も公知回路であって、トランス
２２の一次巻線ｎ１に整流平滑化回路１０で直流化され
た直流電流が印可され、パワートランジスタ等のスイッ
チング素子２１によりオンオフされている。するとトラ
ンス２２の二次巻線ｎ２にスイッチング信号が誘起され
るので、整流器２３により整流する。整流器２３はアノ
ード端子がそれぞれ二次巻線ｎ２の陽極側若しくはコモ
ン側に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２よりなり、両者
のカソード端子は突き合わせられている。チョークコイ
ル２４は二次巻線ｎ２と出力コンデンサ２５のコモン側
に挿入されたもので、高周波数成分を除去する。出力コ
ンデンサ２５は整流器２３で整流された電流を平滑化す
るもので、負荷に直流電圧を供給する。負荷に安定な直
流電圧を供給する場合には、直流安定化回路を設ける。
直流安定化回路は、出力電圧を基準電圧と比較して誤差
電圧を求め、この誤差電圧を小さくする方向のスイッチ
ング制御信号をスイッチング素子２１の制御端子に供給
する。
る。図１は本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。図において、金属コア基板３０上には整流平滑化回
路１０とＤＣ−ＤＣコンバータ部２０が隣接して実装さ
れている。整流平滑化回路１０は公知の回路であって、
ダイオードブリッジ回路や平滑用コンデンサを用いて商
用電源より供給される交流電流を直硫化している。ＤＣ
−ＤＣコンバータ部２０も公知回路であって、トランス
２２の一次巻線ｎ１に整流平滑化回路１０で直流化され
た直流電流が印可され、パワートランジスタ等のスイッ
チング素子２１によりオンオフされている。するとトラ
ンス２２の二次巻線ｎ２にスイッチング信号が誘起され
るので、整流器２３により整流する。整流器２３はアノ
ード端子がそれぞれ二次巻線ｎ２の陽極側若しくはコモ
ン側に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２よりなり、両者
のカソード端子は突き合わせられている。チョークコイ
ル２４は二次巻線ｎ２と出力コンデンサ２５のコモン側
に挿入されたもので、高周波数成分を除去する。出力コ
ンデンサ２５は整流器２３で整流された電流を平滑化す
るもので、負荷に直流電圧を供給する。負荷に安定な直
流電圧を供給する場合には、直流安定化回路を設ける。
直流安定化回路は、出力電圧を基準電圧と比較して誤差
電圧を求め、この誤差電圧を小さくする方向のスイッチ
ング制御信号をスイッチング素子２１の制御端子に供給
する。
【０００８】図２はスイッチング電源の実装状態を説明
する配置図である。近年のＥＭＩ対策に対処するため、
入力ノイズフィルタ回路５が商用電源と整流平滑化回路
１０の間に挿入されている。整流平滑化回路１０は図面
左上の領域に実装され、入力ノイズフィルタ回路５は整
流平滑化回路１０に隣接する右上の領域に実装されてい
る。またＤＣ−ＤＣコンバータ部２０は整流平滑化回路
１０及び入力ノイズフィルタ回路５に隣接する下側領域
に実装されている。図中、整流平滑化回路１０の発熱中
心Ｈ１０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ部２０の発熱中心Ｈ
２０が存在している。発熱中心は各部の発熱部品の発熱
量を加重平均して得た、いわば熱的な中心である。例え
ば、スイッチング素子２１と整流器２３の発熱量が等し
く、トランス２２とチョークコイル２４での発熱が両者
に比べて小さい場合には、発熱中心はスイッチング素子
２１と整流器２３の中間の位置になる。距離ｄは発熱中
心Ｈ１０と発熱中心Ｈ２０の間隔である。
する配置図である。近年のＥＭＩ対策に対処するため、
入力ノイズフィルタ回路５が商用電源と整流平滑化回路
１０の間に挿入されている。整流平滑化回路１０は図面
左上の領域に実装され、入力ノイズフィルタ回路５は整
流平滑化回路１０に隣接する右上の領域に実装されてい
る。またＤＣ−ＤＣコンバータ部２０は整流平滑化回路
１０及び入力ノイズフィルタ回路５に隣接する下側領域
に実装されている。図中、整流平滑化回路１０の発熱中
心Ｈ１０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ部２０の発熱中心Ｈ
２０が存在している。発熱中心は各部の発熱部品の発熱
量を加重平均して得た、いわば熱的な中心である。例え
ば、スイッチング素子２１と整流器２３の発熱量が等し
く、トランス２２とチョークコイル２４での発熱が両者
に比べて小さい場合には、発熱中心はスイッチング素子
２１と整流器２３の中間の位置になる。距離ｄは発熱中
心Ｈ１０と発熱中心Ｈ２０の間隔である。
【０００９】図３は金属コア基板３０での実装状態を説
明する側面図である。金属コア基板３０は、アルミ等の
金属コア層３１とこの金属コア層３１の上に形成された
絶縁膜３２と、絶縁膜３２の上に形成された回路パター
ン３３よりなる。絶縁膜３２の上に電子部品が搭載され
る。金属コア層３１は、通常接地されてコモンとして利
用される。通常、金属コア基板３０では熱伝導率κとし
て５０［Ｗ／ｍＫ］、体積抵抗率として２ｘ１０-5［Ω
ｃｍ］、ヤング率として５ｘ１０10［Ｐａ］程度になっ
ている。
明する側面図である。金属コア基板３０は、アルミ等の
金属コア層３１とこの金属コア層３１の上に形成された
絶縁膜３２と、絶縁膜３２の上に形成された回路パター
ン３３よりなる。絶縁膜３２の上に電子部品が搭載され
る。金属コア層３１は、通常接地されてコモンとして利
用される。通常、金属コア基板３０では熱伝導率κとし
て５０［Ｗ／ｍＫ］、体積抵抗率として２ｘ１０-5［Ω
ｃｍ］、ヤング率として５ｘ１０10［Ｐａ］程度になっ
ている。
【００１０】このように構成された装置では、整流平滑
化回路１０とＤＣ−ＤＣコンバータ部２０全体での損失
をＰL とすると，次式が成立するように距離ｄ、金属コ
ア基板３０の実装面積Ｓ並びに熱伝導率κを選定する。 ｄ・ＰL ＜ΔＴ・κ・Ｓ（１） ここで、ΔＴは整流平滑化回路の最高温度とＤＣ−ＤＣ
コンバータ部の最高温度との偏差温度、κは金属コア基
板の熱伝導率、Ｓは金属コア基板３０の断面積である。
熱伝導率κは金属コア層３１と絶縁膜３２の厚さと材質
を選定する際に、一義的に定まる。
化回路１０とＤＣ−ＤＣコンバータ部２０全体での損失
をＰL とすると，次式が成立するように距離ｄ、金属コ
ア基板３０の実装面積Ｓ並びに熱伝導率κを選定する。 ｄ・ＰL ＜ΔＴ・κ・Ｓ（１） ここで、ΔＴは整流平滑化回路の最高温度とＤＣ−ＤＣ
コンバータ部の最高温度との偏差温度、κは金属コア基
板の熱伝導率、Ｓは金属コア基板３０の断面積である。
熱伝導率κは金属コア層３１と絶縁膜３２の厚さと材質
を選定する際に、一義的に定まる。
【００１１】本発明者が１００Ｗ電源で実験したとこ
ろ、次の結果が得られた。損失PL は整流平滑化回路１
０で約８Ｗ，ＤＣ−ＤＣコンバータ部２０で約２４Ｗで
あった。基板面積は両者でほぼ等しかったので、整流平
滑化回路１０の実装にガラスエポキシ基板を用い、ＤＣ
−ＤＣコンバータ部２０の実装に金属コア基板を用いる
従来型に比較して、両者を共通の金属コア基板３０に実
装する本実施例では金属コア基板３０の温度上昇は３分
の２程度に低減された。また温度分布も、プリント基板
上で従来は２〜４９°Ｃの範囲、即ち４７°Ｃのバラツ
キであったが、図１の実装例では１５〜４０°Ｃの範
囲，即ち２５°Ｃのバラツキに低減した。
ろ、次の結果が得られた。損失PL は整流平滑化回路１
０で約８Ｗ，ＤＣ−ＤＣコンバータ部２０で約２４Ｗで
あった。基板面積は両者でほぼ等しかったので、整流平
滑化回路１０の実装にガラスエポキシ基板を用い、ＤＣ
−ＤＣコンバータ部２０の実装に金属コア基板を用いる
従来型に比較して、両者を共通の金属コア基板３０に実
装する本実施例では金属コア基板３０の温度上昇は３分
の２程度に低減された。また温度分布も、プリント基板
上で従来は２〜４９°Ｃの範囲、即ち４７°Ｃのバラツ
キであったが、図１の実装例では１５〜４０°Ｃの範
囲，即ち２５°Ｃのバラツキに低減した。
【００１２】図４はＤＣ−ＤＣコンバータ部２０の素子
レベルでの配置図で、（Ａ）は一組、（Ｂ）は二組のＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ部２０が共通の金属コア基板３０に
実装されている場合を表している。二組のＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部２０が一枚の金属コア基板３０に搭載されて
いるときは、各ＤＣ−ＤＣコンバータ部２０毎に発熱中
心Ｈ２０，Ｈ２０’が定義できる。この場合には、この
発熱中心に対して発熱量に基づく加重平均をとって新た
な発熱中心Ｈ２０”を算定して（１）式を適用するとよ
い。
レベルでの配置図で、（Ａ）は一組、（Ｂ）は二組のＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ部２０が共通の金属コア基板３０に
実装されている場合を表している。二組のＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部２０が一枚の金属コア基板３０に搭載されて
いるときは、各ＤＣ−ＤＣコンバータ部２０毎に発熱中
心Ｈ２０，Ｈ２０’が定義できる。この場合には、この
発熱中心に対して発熱量に基づく加重平均をとって新た
な発熱中心Ｈ２０”を算定して（１）式を適用するとよ
い。
【００１３】図５はＤＣ−ＤＣコンバータ部２０を三台
搭載する場合の配置図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ部
２０は主コンバータ一台と従コンバータ二台の構成にな
っている。そして各コンバータに負荷が接続されてい
る。図６は本発明の他の実装例の構成斜視図である。金
属コア基板３０をカバーで覆うとともに、金属コア層３
１を接地している。このようにすると、整流平滑化回路
１０がグランドプレーン化されるため、高周波磁界に対
するシールド効果が生じる。また整流平滑化回路１０と
ＤＣ−ＤＣコンバータ部２０を共通の金属コア基板３０
に搭載すると、金属コア基板３０は通常筐体に直接固定
されるので重心が低くなる。そこで、従来のように整流
平滑化回路１０をガラスエポキシ基板に搭載し、この基
板をスタッド等で筐体に固定した場合の機械的共振周波
数が１００Ｈｚ程度で有るのに対して、一体とすると共
振周波数が一桁程度高くなり耐震性が高まる。
搭載する場合の配置図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ部
２０は主コンバータ一台と従コンバータ二台の構成にな
っている。そして各コンバータに負荷が接続されてい
る。図６は本発明の他の実装例の構成斜視図である。金
属コア基板３０をカバーで覆うとともに、金属コア層３
１を接地している。このようにすると、整流平滑化回路
１０がグランドプレーン化されるため、高周波磁界に対
するシールド効果が生じる。また整流平滑化回路１０と
ＤＣ−ＤＣコンバータ部２０を共通の金属コア基板３０
に搭載すると、金属コア基板３０は通常筐体に直接固定
されるので重心が低くなる。そこで、従来のように整流
平滑化回路１０をガラスエポキシ基板に搭載し、この基
板をスタッド等で筐体に固定した場合の機械的共振周波
数が１００Ｈｚ程度で有るのに対して、一体とすると共
振周波数が一桁程度高くなり耐震性が高まる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば共
通の金属コア基板３０に整流平滑化回路１０とＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ部２０を搭載しているので、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部２０で発生する熱が整流平滑化回路１０の実
装されている領域に伝熱されて放熱が効率よく行える。
通の金属コア基板３０に整流平滑化回路１０とＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ部２０を搭載しているので、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部２０で発生する熱が整流平滑化回路１０の実
装されている領域に伝熱されて放熱が効率よく行える。
【図１】本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。
る。
【図２】スイッチング電源の実装状態を説明する配置図
である。
である。
【図３】金属コア基板３０での実装状態を説明する側面
図である。
図である。
【図４】ＤＣ−ＤＣコンバータ部２０の素子レベルでの
配置図である。
配置図である。
【図５】ＤＣ−ＤＣコンバータ部２０を三台搭載する場
合の配置図である。
合の配置図である。
【図６】本発明の他の実装例の構成斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平松 仁 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】交流電流を入力して直流電流に変換する整
流平滑化回路１０と、この整流平滑化回路の出力する直
流電流をスイッチングして所定電圧の直流電流を負荷側
に供給するＤＣ−ＤＣコンバータ部２０と、これら整流
平滑化回路とＤＣ−ＤＣコンバータ部を搭載する金属コ
ア基板３０と有することを特徴とするスイッチング電源
の実装構造。 - 【請求項２】前記スイッチング電源は、次の関係式を充
足することを特徴とする請求項１記載のスイッチング電
源の実装構造。 ｄ・Ｐｌ＜ΔＴ・κ・Ｓ， ここで、ｄは整流平滑化回路の発熱中心とＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部の発熱中心との距離、Ｐｌはスイッチング電
源の損失、ΔＴは整流平滑化回路の最高温度とＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ部の最高温度との偏差温度、κは金属コア
基板の熱伝導率、Ｓは金属コア基板上の断面積である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29586891A JPH05137319A (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | スイツチング電源の実装構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29586891A JPH05137319A (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | スイツチング電源の実装構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05137319A true JPH05137319A (ja) | 1993-06-01 |
Family
ID=17826227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29586891A Pending JPH05137319A (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | スイツチング電源の実装構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05137319A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100757564B1 (ko) * | 2005-06-14 | 2007-09-10 | 엘지전자 주식회사 | 전원공급장치 |
| JP2019213339A (ja) * | 2018-06-04 | 2019-12-12 | 新電元工業株式会社 | 電力変換装置 |
-
1991
- 1991-11-12 JP JP29586891A patent/JPH05137319A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100757564B1 (ko) * | 2005-06-14 | 2007-09-10 | 엘지전자 주식회사 | 전원공급장치 |
| JP2019213339A (ja) * | 2018-06-04 | 2019-12-12 | 新電元工業株式会社 | 電力変換装置 |
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