(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路部品の少なくとも一部を基板上においてバスバーを導電路として実装する構造であって、
少なくとも一対のパワーラインを基板上においてその全体または一部分を対向する少なくとも一対のバスバーで構成し、
上記少なくとも一対のバスバーの対向間に回路部品を配置する場合と比べて交流抵抗の増加を抑制させるように、上記少なくとも一対のバスバーを互いに電気的に絶縁を保った状態で対向設定すると共に全ての上記回路部品を上記少なくとも一対のバスバーの対向間の外部で上記基板上に配置し、さらに、
前記少なくとも一対のバスバーを、長方形の中実断面を持つ導電体により構成して、前記基板上において立設する、
ことを特徴とする回路部品実装構造。
【請求項２】
上記一対のバスバーを、互いに高低電圧差があるバスバーで構成した、請求項１に記載の構造。
【請求項３】
上記回路部品を、スイッチング素子により入力電圧を処理する電源装置用の回路部品とした、請求項１または２に記載の構造。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の回路部品実装構造を具備した、ことを特徴とする実装基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの、パワーラインに大電流が流れる電源装置やその他の回路部品を基板上に実装する回路部品実装構造および該実装基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池から負荷へ電力を供給するにあたり、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源装置により電圧を調整する技術がある（例えば、特許文献１を参照）。このようなＤＣ／ＤＣコンバータの回路部品の実装基板は、絶縁性樹脂基板上に３５μｍ厚の銅箔配線を配置したものである。
【０００３】
図５はフルブリッジ型のＤＣ／ＤＣコンバータの回路を示し、図６は実装基板上においてＤＣ／ＤＣコンバータを構成する回路部品の実装状態を平面模式的に示す。
【０００４】
図５において、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、絶縁型であり、燃料電池に対して並列に接続される複数の平滑コンデンサＣ１−Ｃ６からなる平滑コンデンサ回路部１と、この平滑コンデンサ回路部１により平滑化された燃料電池直流出力を８個のＦＥＴＱ１−Ｑ８のスイッチング動作によりパルス電圧に変換するフルブリッジ回路部２と、３個の電流共振用コンデンサＣ７−Ｃ９からなる電流共振用コンデンサ回路部３と、一次側コイルＴ１１と二次側コイルＴ１２とを具備する電力変換トランス４と、を具備する。この電力変換トランス４の二次側コイルＴ１２には図示略の整流平滑回路部が接続される。
【０００５】
上記回路において、Ｌ１−Ｌ５は、パワーラインであり、太い実線は実装基板ＰＢ上でバスバーＢ１１−Ｂ１６で構成するパワーライン部分を示す。
【０００６】
図６を参照して、この実装基板ＰＢにおいて、太実線は長方形の中実断面を持つ導電体であるバスバーＢ１１−Ｂ１６を示す。第１、第２バスバーＢ１１，Ｂ１２の対向隙間には、平滑コンデンサ回路部１を構成する平滑コンデンサＣ１−Ｃ６のうち、平滑コンデンサＣ２，Ｃ４，Ｃ６が介在している。第３、第４、第５バスバーＢ１３，Ｂ１４，Ｂ１５の対向間にはフルブリッジ回路部２の８個のＭＯＳＦＥＴＱ１−Ｑ８が介在している。放熱板の図示は略している。図５におけるＭＯＳＦＥＴＱ５，Ｑ６の共通接続部Ａは、図６で、配線Ｗ１で接続され、電力変換トランスＴ１の一次側コイルＴ１１の一端側Ｂは、配線Ｗ２で接続され、同一次側コイルＴ１１の他端側Ｃは、配線Ｗ３を介して、バスバーＢ１５に接続されている。これら配線は実装基板ＰＢをエッチングするなどして形成した導電性配線パターンにより構成したり、あるいは空中配線により構成したりすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３６３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記構造を備えた実装基板ＰＢの場合、その基板面上に実装したＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率はよくなかった。そこで、本発明者らが、上記電力変換効率を改善すべく実装基板ＰＢ上での回路部品の実装状態その他を種々に変更して試作を繰り返して実験したところ、その実装状態によっては、交流抵抗の増加が大きくなり、このことが電力変換効率の低下となっていた可能性があることを見出した。
【０００９】
この交流抵抗の増加に関してさらにその原因を鋭意究明したところ、その原因の１つに、例えば燃料電池からは、プラスとマイナスの一対のパワーラインＬ１，Ｌ２を構成するバスバーＢ１３，Ｂ１４間に大電流が流れてくるが、このバスバーＢ１３，Ｂ１４間がループ状となっていること、また、もう１つに、そのループ内には電源装置の回路部品が介在し、また、この回路部品以外に実装基板ＰＢの銅箔配線パターン等の導体が比較的大面積の領域を占めて介在していること、にあるという結論を得ることができた。
【００１０】
そこで、本発明は、上記結論に基づいて、回路部品の回路動作上の効率、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源装置であれば、電力変換効率等を改善できる回路部品実装構造を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による回路部品実装構造は、回路部品の少なくとも一部を基板上においてバスバーを導電路として実装する構造であって、少なくとも一対のパワーラインを基板上においてその全体または一部分を対向する少なくとも一対のバスバーで構成し、上記少なくとも一対のバスバーを互いに電気的に絶縁を保った状態で対向設定すると共に上記回路部品を少なくとも一対のバスバーの対向間の外部に配置した、ことを特徴とするものである。
【００１２】
上記一対のバスバーの対向間は、それらの対向間に導体の介在を少なくするほどの狭い空間を介在させて、対向することが好ましい。また、上記一対のバスバーの対向間は電気的絶縁材を介在させて対向することもできる。上記一対のバスバーは、電圧にプラスとマイナスとなって高低差があるバスバーであることが好ましい。上記バスバーは、導電性を有する低抵抗な材料が構成することが好ましい。上記バスバーは、例えば、銅、銀、金、白金、アルミニウム、スズ、鉛、ニッケル、それらの合金が好適に用いられる。バスバーの形状は長方形の中実断面を持つ導電体が好ましいものの、これに限定されない。上記一対のバスバーの対向間には、極力、回路部品が介在しないことが好ましい。上記一対のバスバーの対向間隔は、回路部品や導体が介在できないか、もしくは極力介在できる領域が狭い間隔であることが好ましい。上記導電性配線パターンは、実装基板の銅箔に対するエッチングにより形成されたパターンを一例としてあげることができる。
【００１３】
上記回路部品は、スイッチング素子により入力電圧を処理するＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源装置の回路部品であることが好ましいものの、必ずしもこれに限定されない。上記入力電圧は、好ましくは、燃料電池からの入力電圧が好ましいものの、必ずしもこれに限定されない。上記導体は実装基板の銅箔配線パターン、その他を含む。
【００１４】
本発明による実装基板は、上記回路部品実装構造を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の回路部品実装構造によれば、基板上で、電圧に高低差がある対向する少なくとも一対のパワーラインを対向する一対のバスバーで構成した場合、その一対のバスバーがループ状とならないよう、これら対向する一対のバスバーの対向隙間を狭くして回路部品や導体等がその隙間に存在できる領域を極力狭く設定し、また、回路部品はこれらバスバーの対向隙間外に配置した構成とすることが可能な構造であるから、実装基板上に例えば電源装置を配置した場合、該電源装置における交流抵抗の増加を抑制して、当該電源装置の電力変換効率を改善することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の実施の形態にかかり、実装基板上ではバスバーで構成されるパワーラインを太実線で示すＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【図２】図２は図１のＤＣ／ＤＣコンバータの回路部品実装基板において、その基板面上での実装状態を平面的に示す図である。
【図３】図３は同実装状態を斜めから見た図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態を他の一般回路に適用した例を示す。
【図５】図５は従来例にかかり、実装基板上ではバスバーで構成されるパワーラインを太実線で示すＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【図６】図６は図５のＤＣ／ＤＣコンバータの回路部品実装基板において、その基板面上での実装状態を平面的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付した図１ないし図３を参照して、本発明の実施の形態に係る電源装置の回路部品用実装構造を説明する。この電源装置としてＤＣ／ＤＣコンバータに適用する。図１は、ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図であり、図４と同じ回路であるが、図１においては、ＤＣ／ＤＣコンバータのパワーラインのうち、バスバーで構成されるパワーラインを太実線で示す。また、図２は図１のＤＣ／ＤＣコンバータの回路部品実装基板を平面的に示す図であり、図３は回路部品を実装した状態の同実装基板を斜めから見た図である。
【００１８】
まず、図１を参照して、一対の第１、第２パワーラインＬ１，Ｌ２間には、平滑コンデンサ回路部１を構成する６個の平滑コンデンサＣ１−Ｃ６が並列に接続されている。同じく一対の第１、第２パワーラインＬ１，Ｌ２間には、フルブリッジ回路部２を構成する８個のＭＯＳＦＥＴＱ１−Ｑ８が接続されている。具体的には、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２の並列接続組と、ＭＯＳＦＥＴＱ３，Ｑ４の並列接続組とが直列に、また、ＭＯＳＦＥＴＱ５，Ｑ６の並列接続組と、ＭＯＳＦＥＴＱ７，Ｑ８の並列接続組とが直列に、それぞれ、一対の第１、第２パワーラインＬ１，Ｌ２間に接続されている。
【００１９】
第３、第５パワーラインＬ３，Ｌ５間には、電流共振コンデンサ回路部３を構成する３個の電流共振コンデンサＣ７−Ｃ９が並列に接続されている。第４、第５パワーラインＬ４，Ｌ５間には、電力変換トランスＴ１の一次側コイルＴ１１が接続されている。
【００２０】
図２、図３を参照して、実装基板ＰＢ上の構成について説明する。実装基板ＰＢ上において、第１、第２パワーラインＬ１，Ｌ２は、実装基板ＰＢ上に縦方向に互いに電気的に絶縁状態を保った状態すなわち所定間隔を隔てて立設された、断面矩形形状で薄肉厚の第１、第２バスバーＢ１，Ｂ２で構成される。これら第１、第２バスバーＢ１，Ｂ２の実装基板ＰＢの基板面からの立設高さは、平滑コンデンサＣ１−Ｃ６の基板面からの配置高さと略同等となっている。また、第１パワーラインＬ１は、第２パワーラインＬ２よりも電圧が高圧であり、第１バスバーＢ１は高圧バスバー、第２バスバーＢ２は低圧バスバーと称することができる。これら第１、第２バスバーＢ１，Ｂ２は、それぞれ、短手部分Ｂ１ａ，Ｂ２ａと長手部分Ｂ１ｂ，Ｂ２ｂとで平面視Ｌ字形状となったバスバーであり、その短手部分Ｂ１ａ，Ｂ２ａは図示略の燃料電池のプラス端子と、マイナス端子とが接続されるようになっていると共に、その長手部分Ｂ１ｂ，Ｂ２ｂは絶縁を保つための空間として狭い空間ないし隙間を隔てて平行に対向している。この対向隙間の距離は、第１、第２バスバーＢ１，Ｂ２に対する印加電位差により決まり、電位差が小さければ、それだけその対向隙間をより狭くすることができるようになる。また、第１、第２バスバーＢ１，Ｂ２それぞれの長手部分Ｂ１ｂ，Ｂ２ｂの隙間外であって、当該長手部分Ｂ１ｂ，Ｂ２ｂの隙間外の一方側に３個の平滑コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ５ならびにＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６が、また同隙間外他方側に３個の平滑コンデンサＣ２、Ｃ４、Ｃ６、ならびにＭＯＳＦＥＴＱ３，Ｑ４，Ｑ７，Ｑ８がそれぞれ並んで配置されている。したがって、これら第１、第２バスバーＢ１，Ｂ２間には、導体が存在しない。なお、第１、第２バスバーＢ１，Ｂ２の長手部分Ｂ１ｂ，Ｂ２ｂの対向隙間に絶縁物を介在させれば、これら長手部分Ｂ１ｂ，Ｂ２ｂの対向隙間に空間を介在させなくてもよい。ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６は放熱板ＨＳ１に、ＭＯＳＦＥＴＱ３，Ｑ４，Ｑ７，Ｑ８は放熱板ＨＳ２に、それぞれ、取り付けられている。
【００２１】
第３パワーラインＬ３は、断面矩形形状で薄肉厚の第３バスバーＢ３で構成される。第３バスバーＢ３は一対の平行部分Ｂ３ａ，Ｂ３ｂが平面視Ｔ字形状になったバスバーであり、第４パワーラインＬ４は、断面矩形形状で薄肉厚の第４バスバーＢ４で構成される。第４バスバーＢ４は、短手部分Ｂ４ａと、長手部分Ｂ４ｂとにより平面視Ｌ字形状になったバスバーである。第５パワーラインＬ５は、断面矩形形状で薄肉厚の第５バスバーＢ５で構成される。第５バスバーＢ５は、短手部分Ｂ５ａと、長手部分Ｂ５ｂとにより平面視Ｌ字形状になったバスバーである。これらバスバーＢ３−Ｂ５それぞれの実装基板ＰＢの基板面からの高さは、ＭＯＳＦＥＴＱ１−Ｑ８それぞれの実装基板ＰＢからの取り付け高さ、また、電流共振コンデンサＣ７−Ｃ９の実装基板ＰＢからの取り付け高さに応じて設定するとよいが、実施の形態では、それら回路部品は、第１、第２バスバーＢ１，Ｂ２と略同等の高さとしているが、本発明は、これらの高さ関係に限定されるものではない。
【００２２】
そして、第３バスバーＢ３の長手部分Ｂ３ａは、第２バスバーＢ２の長手部分Ｂ２ｂに平行に狭い隙間を隔ててかつ互いに電気的に絶縁状態を保った状態で対向配置され、短手部分Ｂ４ａには電力変換トランスＴ１の一次側コイルＴ１１の一端側が接続されている。第３バスバーＢ３の一方の平行部分Ｂ３ａは、第１バスバーＢ１の長手部分Ｂ１ｂに平行に狭い隙間を隔ててかつ互いに電気的に絶縁状態を保った状態で対向配置され、他方の直交部分Ｂ３ｂは、第５バスバーＢ５の長手部分Ｂ５ｂと平行に対向配置され、これらの間に、３個の電流共振コンデンサＣ７−Ｃ９が並置されている。
【００２３】
以上の構成において、本実施の形態では、実装基板ＰＢ上において、例えば、第１、第２バスバーＢ１，Ｂ２の対向隙間には、当該隙間が狭く設定されているために、回路部品を含め、実装基板ＰＢの銅箔等の配線パターンを含む導体が存在しないか、もしくは存在する領域として狭いから、交流抵抗の増加が格段に抑制されるようになり、この結果として、電力変換効率が改善された。
【００２４】
詳しく説明すると、本発明者らが検討したところによると、一対のバスバーがループ状になって、これらバスバーに電流がループ状に流れると、バスバー周囲に磁界が発生するが、この場合、従来では、対向する一対のバスバー間に回路部品や導体等が介在していると、これらが交流抵抗増加要因として作用し、これにより、電力変換効率が低下すると考えられる。
【００２５】
これに対して、本実施の形態では、一対のバスバーがループ状になって、これらバスバーに電流がループ状に流れ、バスバー周囲に磁界が発生するものの、この場合、対向する一対のバスバーの対向間隔が極めて小さく、それら対向間には回路部品や導体等が介在していないか、介在量がごくわずかとしたから、上記した従来のような交流抵抗増加要因が減り、これにより、電力変換効率が改善すると考えられる。
【００２６】
実施の形態では電源装置であったが、他の一般回路に適用した例を図４を参照して説明すると、図４（ａ）は、パワーラインＬＸ，ＬＹ間に、素子例えばコンデンサＥＸ，ＥＹが接続されている。４（ｂ）は、図４（ａ）の等価回路を示し、図４（ａ）と電気的に同様の回路であるが、図面上、パワーラインＬＸ，ＬＹ間にはコンデンサＥＸ，ＥＹが設けられていない。図４（ｃ）は、実装基板ＰＢ上にパワーラインＬＸ，ＬＹに対応するバスバーＢＸ，ＢＹが立設され、バスバーＢＸ，ＢＹの対向間の外部の一方と他方とのそれぞれにコンデンサＥＸ，ＥＹが配置され、それぞれ、バスバーＢＸ，ＢＹに対して点線で示すように電気的に接続されている。図４（ｄ）は、バスバーＢＸ，ＢＹの対向間の外部の一方側にのみコンデンサＥＸ，ＥＹが配置され、それぞれ、バスバーＢＸ，ＢＹに対して点線で示すように電気的に接続されている。以上の構成において、バスバーＢＸ，ＢＹの対向間隔ｄは極力狭くされている。この対向間隔ｄを狭くすると、これにバスバーＢＸ，ＢＹの対向間に導体が介在しにくくなり、より電力変換効率をあげることができる。なお、バスバーＢＸ，ＢＹの基板面からの高さＨ１と、コンデンサＥＸ，ＥＹの基板面からの高さＨ２とは任意の高さ関係でよく、必ずしも、いずれか一方が高いことである必要はない。また、バスバーＢＸ，ＢＹの対向間に、実装基板ＰＢの銅箔配線パターン等の導体ができれば介在していないことが好ましい。
【符号の説明】
【００２７】
１  平滑コンデンサ回路部
２  フルブリッジ回路部
３  電流共振コンデンサ回路部
４  電力変換トランス部
Ｌ１−Ｌ５  パワーライン
Ｂ１−Ｂ５  バスバー
【図１】
0005869207.tif 000002
【図２】
0005869207.tif 000003
【図３】
0005869207.tif 000004
【図４】
0005869207.tif 000005
【図５】
0005869207.tif 000006
【図６】
0005869207.tif 000007