(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で、伝導放熱特性のよいスイッチング電源用の絶縁トランスを提供する。【解決手段】絶縁トランス１１は、一次側コイル２２と二次側コイル２４が巻回されているコア１２と、一次側コイル２２の一次側端子１８と、二次側コイル２４の二次側端子２０と、一次側端子１８とコア１２の間及びコア部底面部に接する面に開口部を有する絶縁カバー１６と、コア底面部の絶縁カバー１６の開口部２６に相対する位置に設けられた放熱板１４とを備えている。放熱板１４を設けた絶縁トランス１１は、金属ベース基板４０に実装する際、金属ベース基板４０上に、コア底面部に取り付けた放熱板１４と相対する位置に伝導放熱用のパット３０を設けている。これにより、コア１２での発熱は、放熱板１４を伝導して金属ベース基板４０に効率よく拡散される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線と二次巻線が巻回されているコアと、
一次巻線の一次側端子と、
二次巻線の二次側端子と、
一次側端子とコアの間及びコア部底面部に接する面に開口部を有する絶縁カバーと、
前記コア底面部の前記絶縁カバー開口部に相対する位置に設けられた放熱板と、
を備えた絶縁トランス。
【請求項２】
一次巻線と二次巻線が巻回されているコアと、
一次巻線の一次側端子と、
二次巻線の二次側端子と、
二次側端子とコアの間及びコア部底面部に接する面に開口部を有する絶縁カバーと、
前記コア底面部の前記絶縁カバー開口部に相対する位置に設けられた放熱板と、
を備えた絶縁トランス。
【請求項３】
請求項1又は２記載の絶縁トランスにおいて、
前記放熱板は、金属であること、
を特徴とする絶縁トランス。
【請求項４】
請求項３記載の絶縁トランスにおいて、
前記放熱板は、銅であること、
を特徴とする絶縁トランス。
【請求項５】
請求項１又は２記載の絶縁トランスにおいて、
前記放熱板は、表面にハンダ付け可能なメッキ処理が施されていること、
を特徴とする絶縁トランス。
【請求項６】
請求項１又は２記載の絶縁トランスにおいて、
前記放熱板は、前記コアの一部を突起形状として前記コアと一体的に成型されていること、
を特徴とする絶縁トランス。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の絶縁トランスに於いて、更に絶縁カバーの外側に配置される金属ベース基板を有し、前記金属ベース基板はコア底面部に取り付けた放熱板と相対する位置に伝導放熱用のパットを設けたこと、を特徴とする絶縁トランス。
【請求項８】
請求項７記載の絶縁トランスに於いて、前記金属ベース基板上に実装される際に、金属ベース基板上のパッドとハンダ付けされて金属ベース基板に実装されること、を特徴とする絶縁トランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ベース基板を用いて絶縁トランスの伝導放熱を行うスイッチング電源装置の絶縁トランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属ベース基板に実装してスイッチング電源装置として使用する絶縁トランスは、小型で実装スペースをとらず、放熱容易な構造であることが望まれている。
【０００３】
しかしながら、小型化の課題は、絶縁トランス自体の小型化と同時に、安全規格に準じた絶縁距離の確保が要求され、空間を通して測定される端子とトランスの空間距離は、動作電圧に応じて決まっている。このため従来は、絶縁物を使用して絶縁物表面に沿って測定した沿面距離により絶縁距離の確保を図っていた。また、トランスを覆う絶縁物のカバーを使用する場合などでは絶縁距離は確保できても、放熱性を低下させる原因となっていた。
【０００４】
従来のスイッチング電源装置に用いる絶縁トランスは、例えば図９に示す構造となっている。
図９において、５２はコア、５４は一次側端子、５６は二次側端子、５８はボビン、６０は金属ベース基板である。
【０００５】
図９の従来例に示すように、放熱性を向上させるために、金属ベース基板６０にコア５２を直接接触させて放熱させる構造とし、絶縁距離は、コア５２と一次側端子５４との距離Ｘを長くすることにより確保していた。
【０００６】
このようなコアと金属ベース基板を直接接触させた方法での熱伝導効率を向上させる方法としては、コアと金属ベース基板間に微小な空隙を設けて、高熱伝導率樹脂、例えばゲル状のシリコン、エポキシ樹脂を充填し、またはシート状のシリコンを介して密着性を向上させてコアでの発生した熱を金属ベース基板に効率よく伝導放熱する方法が提案されている（例えば特開平４−２０９５０９号公報等参照）。
【０００７】
絶縁距離を確保する方法としては、図１０に示すものがある。図１０において、７２はコア、７４は樹脂ケース、７６は一次側端子、７８は二次側端子、８０は金属ベース基板であり、コア７２自体を絶縁性の樹脂を充填した樹脂ケース７４で覆う方法がある。また、トランスのボビンを利用して絶縁距離を確保する例もある（例えば特開２００６−２２８９９６号公報等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−２０９５０９号公報
【特許文献２】特開２００６−２２８９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の方法では、コアで発生した熱を効率よく金属ベース基板に伝導放熱しようとして、コアを金属ベース基板に直接接触させても、一次側端子との絶縁距離が長くなり、実装スペースを広くとらなければならないという問題があった。
【００１０】
また、実装スペースを狭くするために、コアを絶縁樹脂で覆う方法では、コアで発生した熱は、絶縁樹脂を通して伝導放熱されるため、熱伝導効率が低下して熱量の多く発生する高出力電力品では使用できない問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、金属ベース基板に絶縁トランスを実装するスイッチング電源装置において、絶縁距離を長くとることなく伝導放熱特性の良好なスイッチング電源装置の絶縁トランスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、金属ベース基板に実装してスイッチング電源装置に用いられる絶縁トランスであって、絶縁距離と放熱の問題を解決した絶縁トランスを提供する。
【００１３】
本発明の絶縁トランスは、一次巻線と二次巻線が巻回されているコアと、一次巻線の一次側端子と、二次巻線の二次側端子と、一次側端子とコアの間及びコア部底面部に接する面に開口部を有する絶縁カバーと、コア底面部の絶縁カバー開口部に相対する位置に設けられた放熱板とを備えている。
【００１４】
スイッチング電源装置用の絶縁トランスは、入力電圧を整流平滑した直流電圧を出力電圧に変換する機能を有し、スイッチング電源の入力側である１次側と出力側である２次側を絶縁する機能を合わせて持っている。このため、絶縁距離は、コアと一次側端子間を考慮すればよく、この空間に絶縁カバーを設けて沿面距離を加算している。
【００１５】
また、絶縁カバーのコア底面部に接する部分に開口部を設けて、コア底面部に備えた放熱板を金属ベース基板に接する構造とし、コアで発生する熱を、金属ベース基板に伝導放熱させる構造としている。
【００１６】
また、コアを１次側電位として、コアと２次側端子の間に絶縁ケースを設ける構造とすることも可能である。
【００１７】
絶縁トランスにおいて、放熱板は、金属であることを特徴とする。金属とすることにより熱伝導効率を高くすることができる。
【００１８】
さらに絶縁トランスにおいて、金属の放熱板を銅とすることを特徴とする。金属ベース基板と接触して伝導放熱を効率よく行うために、低コストでハンダ付け可能である銅を使用することにより密着性を向上させることができる。
【００１９】
また、絶縁トランスにおいて、放熱板は、表面にハンダ付け可能なメッキ処理が施されていることを特徴とする。
【００２０】
絶縁トランスにおいて、放熱板はコアの一部を突起形状としてコアと一体的に成型されていることを特徴とする絶縁トランスとしてもよい。コア底面部の開口部からの放熱板としてコアそのものに放熱板の形状をした突起物を一体成型する。
【００２１】
放熱板を設けた絶縁トランスは、金属ベース基板に実装する際、金属ベース基板上に、コア底面部に取り付けた放熱板と相対する位置に伝導放熱用のパットを設けたことを特徴とする。これにより、コアでの発生した熱は、放熱板を伝導して金属ベース基板に効率よく拡散される。
【００２２】
放熱板は、金属ベース基板上に実装される際に、金属ベース基板上のパッドとハンダ付けされて金属ベース基板に実装されることを特徴とする。パットは、金属ベース基板の絶縁層上に設けられたハンダ付け用のランドであり、絶縁トランスの一次側端子と二次側端子を金属ベース基板上のパターンにハンダ付けする際に、放熱板とパッドも同時にハンダ付けすることで良好な密着性を得た実装ができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、コアと一次側端子の間に絶縁ケースを設けて、沿面距離を確保しているので、コアと一次側端子の距離を長くする必要がなく、実装スペースを小さくできる効果がある。
【００２４】
コアで発生する熱は、コアと金属ベース基板間に放熱板を介して伝導放熱させることができるため、絶縁ケースを使用しても高効率の放熱が可能となる効果が得られる。
【００２５】
放熱板を金属、望ましくは銅とすることで、高熱伝導効率となり、放熱板はハンダ付けを可能とするメッキ処理をすることで、端子とともにハンダ付けが可能となる。これにより、放熱板と金属ベース基板の密着性が向上するほか、一次側端子と二次側端子のパターンとのハンダ付け工程と同時に製造可能となり製造性の向上も期待できる。
【００２６】
放熱板は、コアの底面部に、放熱板形状相当の突起を設けることでコアと一体的に成型すれば部品点数を削減でき、低コスト化の効果が得られる。
【００２７】
金属ベース基板には、放熱板と接するパットが設けられていることにより、ハンダ付けによる密着性の向上で、伝導放熱を効率よく行うことができる。
【００２８】
本発明によれば、金属ベース基板に実装した絶縁トランスによるスイッチング電源装置において、コアと一次側端子間を短くできるため小型化が可能で、高い伝導放熱効果を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】金属ベース基板に実装した本発明による絶縁トランスの実施形態を示した斜視図
【図２】図１の実施形態の正面図
【図３】図１の絶縁トランスをヒートシンクに搭載した実装状態を示した説明図
【図４】本発明による絶縁トランスのコア、放熱板と絶縁カバーの分解図
【図５】本発明による絶縁トランスの斜視図
【図６】本発明による絶縁トランスの底面図
【図７】本発明による絶縁トランスを実装する金属ベース基板を示した斜視図
【図８】放熱板と一体成型されたコアを取り出して示した説明図
【図９】絶縁トランスの絶縁距離を確保するための従来例の説明図
【図１０】絶縁トランスを絶縁カバーで覆った従来例の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明によるスイッチング電源装置の絶縁トランスの実施例を、図１〜図７を用いて以下に説明する。
【００３１】
図1は、本発明の絶縁トランス１１を金属ベース基板４０に実装した実施形態の斜視図である。絶縁トランス１１は、コア１２、一次側端子１８、二次側端子２０、絶縁カバー１６、一次側コイル２２と二次側コイル２４から構成されている。金属ベース基板４０は、パターン３２、絶縁層４２と金属板４４から構成されている。
【００３２】
一次側コイル２２は一次側端子１８からコア１２に一次巻線として巻回される。同様に二次側コイル２４は、二次側端子２０からコア１２に二次巻線として巻回されている。なお、一次側コイル２２は入力側、また二次側コイル２２は出力側のコア１２からの引き出し部分のみを示している。
【００３３】
絶縁距離を確保するために、絶縁カバー１６を設けている。絶縁カバー１６は、コア１２の底面部と、コア１２と一次側端子１８間を挟んで高い壁となるように構成した、ほぼＬ字形状をしている。コア１２と一次側端子１８との間の絶縁距離は、絶縁体である絶縁カバー１６を介して配置されているので、空間距離に加えて絶縁カバー１６の沿面に沿った沿面距離が加算された距離となり、コア１２と一次側端子１８の空間距離を長くしなくても絶縁距離は確保できる。
【００３４】
一次側端子１８と二次側端子２０は、金属ベース基板４０の金属板４４に積層された絶縁層４２上に配線されたパターン３２とハンダ付けされて実装される。絶縁トランス１１が金属ベース基板４０に実装された状態でのコア１２において発生した熱の金属板４４への伝導放熱については、図２により説明する。
【００３５】
図２は、本発明のスイッチング電源装置の正面図である。絶縁カバー１６とコア１２の底面部に接する部分には開口部２６があり、コア１２に接する放熱板１４が開口部２６から金属ベース基板４０に接する構造となっている。金属ベース基板４０での絶縁層４２には、放熱板１４と接するパット３０を設けている。従って、コア１２で発生した熱は、放熱板１４、パット３０そして絶縁層４２を介して、金属板４４に伝導放熱して、金属板４４で熱拡散することになる。パット３０は、配線となる銅線のランドパターンであり、放熱板１４とはハンダ付けされる。ハンダ付けは、絶縁トランス１１を金属ベース基板４０に実装する際に、一次側端子１８および二次側端子２０とともにリフローによりハンダ付けを同時に行う。このようにハンダ付けすることにより、製造性を向上させることはもちろん、放熱板１４と金属ベース基板４０との密着性をよくして効率の良い放熱を実現させている。
【００３６】
図３は、本発明の絶縁トランス１１をヒートシンク４６へ実装したときの正面図である。コア１２で発生した熱は、放熱板１４、パット３０と絶縁層４２を介して金属ベース基板４０の金属板４４に伝導放熱されるが、さらに放熱効果を高くするために、絶縁トランス１１を、放熱用のヒートシンク４６に搭載している。このコア１２で発生した熱の伝導放熱の流れ４８を矢印で示す。放熱板１４、パット３０から伝導した熱は金属板４４で横方向に広く拡散し、ヒートシンク４６全面に伝導して熱の放出効果を高めている。
【００３７】
図４は、本発明による絶縁トランス１１の、コイル関係を除いた分解図である。コイルはコアの中足に巻回されるので、コア１２の上面部と底面部にはコイルが存在せず、平面となっている。この底面部の平面に当接して平板状の放熱板１４を設ける。
【００３８】
放熱板１４の厚さは、コア１２の底面部が接する絶縁カバー１６の厚さ相当である。大きさは、コア１２の底面部と同じか又はそれ以下とする。放熱板１４はコアの熱を伝導放熱するために設けるものであり、材料は熱伝導率の高い金属とし、望ましくは銅とする。銅は低コストで、ハンダ付け可能であることから、図２に示した金属ベース基板４０に形成されたパッド３０へはハンダ付けにより良好な密着性を備えて製造できる。また、放熱板１４は、他のハンダ付けできない材料を使用した場合は、放熱板１４の表面にメッキ処理をしてハンダ付け可能とすることもできる。この場合の放熱板１４への表面処理は、ニッケルメッキ、錫メッキ、ニッケルパラジュ−ムメッキ等がある。
【００３９】
絶縁カバー１６は、底板部分に開口部２６を有し、コア１２に設けられた放熱板１４を通す。ただし、開口部２６と1次側パターン３２との間には安全規格で定められた絶縁距離を確保する必要がある。また、絶縁カバー１６は、コア１２の側面部には板状の絶縁壁１６ａを設けて、図１に示したコア１２と一次側端子１８との間に絶縁物を配置した構造としている。この絶縁壁１６ａは、コア１２と図１に示した一次側端子１８との絶縁距離が空間距離のみである場合に対して、絶縁壁１６ａに沿った沿面距離が加算されるので、コア１２からの一次側端子１８位置を短い距離で配置できるようになる。また、絶縁カバー１６は、図１に示した一次側端子１８と二次側端子２０を支持する役割も果たしている。
【００４０】
図５は絶縁トランス１１の斜視図、図６は絶縁トランス１１の底面部である。図５及び図６において、一次側コイル２２と二次側コイル２４を巻回したコア１２と放熱板１４に、一次側端子１８と二次側端子２０を取り付けた絶縁カバー１６を組み立て、小型で放熱性の良好な絶縁トランス１１とすることができる。絶縁カバー１６底面の開口部２６を通した放熱板１４は、図１に示した金属ベース基板４０のパットに当接する。
【００４１】
図７は、金属ベース基板４０の斜視図である。伝導放熱用の金属板４４に絶縁層４２が積層され、さらに絶縁層４２には、図１に示した一次側端子１８と二次側端子２０をハンダ付けして絶縁トランス１１を固定するための銅配線によるパターン３２，３４が設けられている。そして、図６に示した放熱板１４を受けるパット３０を設けている。パット３０は、パターン３２，３４と同様に銅の配線パターンであり、図６に示した放熱板１４に対応した大きさのランドである。絶縁層４２は薄く、熱伝導特性に与える影響は少ない。金属板４４は、軽量なアルミ等を使用している。
【００４２】
図８は、放熱板１４をコア１２と一体に整形した場合のコア１２の形状を示す図であり、図８（Ａ）に底面を、図８（Ｂ）に側面を示している。コア１２は、フェライト等を型で成型して製造するが、成型用の型を放熱板１４に相当する形状を有する型とすることにより一体的に製造してもよい。これにより放熱板１４を別の個別部品として用意する必要が無く、コスト面で有利であるばかりでなく、コア１２と放熱板１４との接続部がないため、熱伝導特性がよく放熱性に優れた構造とすることができる。
【００４３】
なお、上記の実施形態にあっては、コアを二次側電位とみなして一次側端子との間に絶縁カバーを設けた例で説明したが、コアを一次側電位とみなして二次側端子との間に絶縁カバーを設けてもよい。
【００４４】
以上、本発明について説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した限定は受けない。
【符号の説明】
【００４５】
１１：絶縁トランス
１２：コア
１４：放熱板
１６：絶縁カバー
１６ａ：絶縁壁
１８：一次側端子
２０：二次側端子
２２：一次側コイル
２４：二次側コイル
２６：開口部
３０：パット
３２、３４：パターン
４０：金属ベース基板
４２：絶縁層
４４：金属板
４６：ヒートシンク
４８：伝導放熱の流れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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