(57)【要約】  ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の小型化と低コスト化を図る。  整流素子Ｓ１，Ｓ２を金属ベース１０上に設置し、整流素子上部に駆動回路基板３００を設置する。整流用素子Ｓ１，Ｓ２の各端子は駆動回路基板３００に半田付けされる。整流素子の３つの端子はそれぞれ、基板３００の駆動信号用配線パターン３０１と、高電位側主電流用配線パターン３０２と、低電位側主電流配線パターン３０３とに半田付けされる。トランス２５０の一対の出力端子は、高電位側金属導体４０２Ａ、４０２Ｂにより少なくとも一対の高電位側主電流用配線パターン３０２に接続されている。
2015053141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のベースと、
前記金属製のベースに装着され、複数のスイッチング素子を有する一次側の高電圧回路と、
少なくとも一対の整流素子を有する二次側の低電圧回路との間に接続され、高電圧と低電圧との間で電力変換を行うトランスと、
前記金属製のベースと所定の間隔をあけて配設され、前記高電圧回路と前記低電圧回路が実装された駆動回路基板と、
前記トランスの二次側の一対の出力端子と前記低電圧回路の少なくとも一対の整流素子の高電位側端子とを接続する少なくとも一対の高電位側金属導体とを備え、
前記駆動回路基板には、前記少なくとも一対の整流素子の駆動信号端子に駆動信号を供給するための少なくとも一対の駆動信号用配線パターンと、前記少なくとも一対の整流素子の高電位側端子に主電流を供給するための少なくとも一対の高電位側主電流用配線パターンと、前記少なくとも一対の整流素子の低電位側端子に主電流を供給するための少なくとも一対の低電位主電流用配線パターンとが形成され、
前記少なくとも一対の整流素子は前記金属ベースに熱伝導可能に接して配設され、
前記トランスの二次側の一対の出力端子は前記少なくとも一対の高電位側金属導体の各一端に接続され、前記少なくとも一対の高電位側金属導体の各他端は少なくとも一対の前記高電位側主電流用配線パターンに接続され、前記少なくとも一対の高電位側主電流用配線パターンには前記少なくとも一対の整流素子の高電位側端子が接続されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
前記駆動回路基板はトランスの最大高さより低い位置に配置されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
前記少なくとも一対の高電位側金属導体は前記駆動回路基板に実装され、
前記少なくとも一対の高電位側金属導体の一端は、前記トランスの二次側の一対の出力端子に接続され、前記少なくとも一対の高電位側金属導体の他端は、前記駆動回路基板に形成された前記少なくとも一対の高電位側主電流用配線パターンに接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
前記少なくとも一対の高電位側金属導体の一端は基部に樹脂モールドされて一体化されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
前記少なくとも一対の整流素子の低電位側端子の各々は、前記駆動回路基板に形成された前記少なくとも一対の低電位主電流用配線パターンに接続され、
これらの配線パターンには、少なくとも一対の低電位側金属導体の他端が接続され、少なくとも一対の低電位側金属導体の一端はグランド電位を有する金属ベースに固定されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
前記少なくとも一対の低電位側金属導体の一端は基部に樹脂モールドされて一体化されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
前記少なくとも一対の高電位側金属導体は前記駆動回路基板に実装され、
前記少なくとも一対の高電位側金属導体の一端は、前記トランスの前記二次側の一対のコイル端子に接続され、
前記少なくとも一対の高電位側金属導体の他端は、前記駆動回路基板に形成された少なくとも一対の高電位側主電流用配線パターンに接続されるとともに、
前記少なくとも一対の低電位側金属導体は前記駆動回路基板に実装され、
前記少なくとも一対の低電位側金属導体の一端は前記駆動回路基板に形成された前記少なくとも一対の低電位主電流用配線パターンに接続され、
前記少なくとも一対の整流素子の低電位側端子は、前記駆動回路基板に形成された前記少なくとも一対の低電位主電流用配線パターンに接続され、
前記少なくとも一対の低電位側金属導体がグランド電位を有する金属ベースに固定されるＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
前記少なくとも二対の金属導体の一端は樹脂モールドされて一体化されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、電気自動車などの車両には、動力駆動用の高電圧蓄電池と、高電圧蓄電池の直流高電圧出力を交流高電圧出力に電力変換してモータを駆動するためのインバータ装置と、高電圧蓄電池の直流高電圧出力を直流低電圧出力に変換して車両のライトやラジオなどの低電圧負荷へ電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータ装置と、低電圧負荷の補助電源としての低電圧蓄電池とが搭載されている。【０００３】
一般的にＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、高電圧の直流電圧を交流電圧に変換する高電圧スイッチング回路、交流高電圧を絶縁して交流低電圧に変換するトランス、低電圧交流電圧を直流電圧変換する低電圧整流回路、電圧変換された電圧を出力する出力端子を備えている。低電圧整流回路には、直流出力電圧を平滑にするためのチョークコイルと平滑コンデンサ素子を備えている。また、出力端子から出力される伝導ノイズを低減するため、リアクトルとコンデンサから成るフィルタ回路を備えている。【０００４】
このような車両においては、車両全体の容積に対する室内の割合をできるだけ大きくし、居住性を良くすることが望まれている。このため、インバータ装置やＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、車室外のエンジンルームやトランクルームのできるだけ小さなスペースに搭載されることが望まれおり、小型化設計とすることが必要となっている。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−３４２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１では、半導体素子、または整流素子などを基板と対向する位置に配置し、電気的接続をするためのインサートバスバーを介して接続する構造である。しかしながらこの従来技術では、基板に対向する位置に半導体素子、インサートバスバーを配置しているため、基板面積を小さくすることは出来るが、実装面積を小さくすることは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、金属製のベースと、金属製のベースに装着され、複数のスイッチング素子を有する一次側の高電圧回路と、少なくとも一対の整流素子を有する二次側の低電圧回路との間に接続され、高電圧と低電圧との間で電力変換を行うトランスと、金属製のベースと所定の間隔をあけて配設され、高電圧回路と低電圧回路が実装された駆動回路基板と、トランスの二次側の一対の出力端子と低電圧回路の少なくとも一対の整流素子の高電位側端子とを接続する少なくとも一対の高電位側金属導体とを備える。
そして、駆動回路基板には、少なくとも一対の整流素子Ｓの駆動信号用端子に駆動信号を供給するための少なくとも一対の駆動信号用配線パターンと、少なくとも一対の整流素子の高電位側端子に主電流を供給するための少なくとも一対の高電位側主電流用配線パターンと、前記少なくとも一対の整流素子の低電位側端子に主電流を供給するための少なくとも一対の低電位主電流用配線パターンとが形成されている。
さらに、少なくとも一対の整流素子は金属ベースに熱伝導可能に接して配設され、トランス２５０の二次側の一対の出力端子は少なくとも一対の高電位側金属導体の各一端に接続され、少なくとも一対の高電位側金属導体の各他端は少なくとも一対の高電位側主電流用配線パターンに接続され、前記少なくとも一対の高電位側主電流用配線パターンには少なくとも一対の整流素子の高電位側端子が接続されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属ベースと所定間隔をあけて１枚の駆動回路基板を配設し、この駆動基板上に高電圧スイッチング回路と低電圧整流回路を実装し、高電圧スイッチング素子と低電圧整流素子を金属ベースの一面に接触させて冷却するようにし、これにより、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の主回路を示す図。
【図２】実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の外観分解斜視図。
【図３】（ａ）は図２のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の実施例の平面図、（ｂ）はその矢印ＩＩＩ方向から見た側面図。
【図４】図３の一部分を拡大する平面図。
【図５】図４の矢印Ｖ方向から見た側面図側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明によるＤＣ−ＤＣコンバータ装置は電気自動車やプラグインハイブリッド車等に使用される。このような車両には、走行用モータの電源として高電圧蓄電池が搭載され、ライトやラジオなどの補機を作動させるための低電圧蓄電池が搭載されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、高電圧スイッチング回路と、低電圧整流回路と、これら両回路を接続するトランスを備え、高電圧蓄電池の高電圧を低電圧に電力変換したり、低電圧蓄電池の低電圧を高電圧に電力変換を行う。
本発明のＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、とくに、金属ベースと所定間隔をあけて１枚の絶縁性駆動回路基板を配設し、この駆動基板上に高電圧スイッチング回路と低電圧整流回路を実装し、高電圧スイッチング素子と低電圧整流素子を金属ベースの一面に接触させて冷却するようにし、これにより、小型化を図るものである。
以下、図面を参照して、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の一実施の形態について説明する。
【００１１】
［ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の回路構成］
図１は本発明のＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００の回路図である。このＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００は、高電圧の直流電圧を交流電圧に変換する高電圧側スイッチング回路（高電圧側回路）２１０、交流高電圧を交流低電圧に変換するトランス２５０、および低電圧の交流電圧を直流電圧に変換する低電圧側整流回路（低電圧側回路）２２０を備えている。高電圧側スイッチング回路２１０および低電圧側整流回路２２０は、制御回路２４０によりスイッチング制御が行われる。
【００１２】
高電圧側スイッチング回路２１０とトランス２５０との間には、共振コイル２０３（Ｌｒ）が接続されており、この共振コイル２０３のインダクタンスとトランス２５０の漏れインダクタンスの合成インダクタンスを用いて、高電圧側スイッチング回路２１０を構成するＭＯＳＦＥＴのゼロ電圧スイッチングを可能としている。
【００１３】
低電圧側整流回路２２０の出力側には、出力電圧に重畳するノイズを除去するために、フィルタコイル２０７（Ｌ１）とフィルタコンデンサ２０５（Ｃ１）が設けられている。
なお、共振コイル２０３、フィルタコイル２０７およびフィルタコンデンサ２０５は省略することができる。
【００１４】
（高電圧側スイッチング回路の回路構成）
高電圧側スイッチング回路２１０は、Ｈブリッジ型として接続された４つのＭＯＳＦＥＴ Ｈ１〜Ｈ４と平滑用入力コンデンサ２０２（Ｃｉｎ）とから構成されている。各ＭＯＳＦＥＴ Ｈ１〜Ｈ４には、スナバコンデンサが並列に設けられている。高電圧側スイッチング回路２１０の４つのＭＯＳＦＥＴ Ｈ１〜Ｈ４を位相シフトＰＷＭ制御することで、トランス２５０の一次側には交流電圧が発生する。
【００１５】
（低電圧側整流回路の回路構成）
低電圧側整流回路２２０は、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２で構成される二つの整流相と、チョークコイル２０６（Ｌｏｕｔ）および平滑用コンデンサ２０８（Ｃｏｕｔ）から構成される平滑回路とを有している。それぞれの整流相の高電位側配線、すなわちＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２のドレイン側配線はトランス２５０の二次側のコイル端子２５１，２５２（図４参照）へ接続されている。トランス２５０の二次側センタタップ端子２５３（図４参照）は、チョークコイル２０６（Ｌｏｕｔ）に接続され、チョークコイル２０６（Ｌｏｕｔ）の出力側に平滑用コンデンサ２０８（Ｃｏｕｔ）が接続されている。また、低電圧側整流回路２２０には、フィルタコイル２０７（Ｌ１）とフィルタコンデンサ２０５（Ｃ１）から成る平滑回路も設けられている。
【００１６】
なお、図１では、便宜上、整流素子は２つのＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２で示されている。後述する図２〜図５においては、整流素子は６つのＭＯＳＦＥＴで示されている。ＭＯＳＦＥＴの個数は設計上適宜定められる。
【００１７】
図１において、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２のドレイン側配線と主トランス２５０の二次側のコイル力端子２５１，２５２とをそれぞれ接続する配線４０２Ａと４０２Ｂ（図４参照）は、後述するようにインサートバスバーと呼ぶ一つの部材４００で構成される。このインサートバスバー４００は、後述するように、駆動回路基板３００の表面に配設され、裏面側に突設した突起を、金属ベース１０の表面に押圧固定された低電圧整流素子Ｓ１，Ｓ２のドレイン端子およびソース端子と半田で電気的に接続される。
【００１８】
なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００は、低電圧側整流回路２２０のＭＯＳＦＥＴＳ１，Ｓ２にかかるサージ電圧を抑制するためのアクティブクランプ回路を備えることもできる。アクティブクランプ回路は、アクティブクランプ用ＭＯＳＦＥＴおよびアクティブクランプ用コンデンサを備えている。
【００１９】
［ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００の全体構造］
図２と図３を参照してＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００の全体構造を説明する。図２は、図１に図示されたＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００の分解斜視図、図３は、図２に図示されたＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００の構成部品の配置を示す図である。
【００２０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００は、矩形形状の金属製、例えば、アルミダイカスト製の金属ベース１０を備え、この金属ベース１０上に図１で説明したＤＣ−ＤＣ−コンバータ回路を構成する部材が取り付けられる。これらの部材はトップカバー１で覆われている。金属ベース１０には、高電圧/低電圧回路基板アセンブリ３００Ａと、トランス２５０と、共振コイル２０３と、チョークコイル２０６と、制御回路基板アセンブリ６００Ａとが取り付けられる。
【００２１】
金属ベース１０には、低電圧出力のＧＮＤ側端子を接続するＧＮＤ端子１０ａが一体成形されている。また、金属ベース１０の外観には、高電圧電圧を入力する高電圧コネクタ（図示せず）、外部電装品と信号などを接続する信号コネクタ（図示せず）、低電圧出力を出力する出力端子（図示せず）が取付けられている。
【００２２】
図示は省略するが、金属ベース１０の底面にはＯリングなどのシール部材を介して冷却ユニットが取り付けられる。冷却ユニットには冷却流路が設けられ、この冷却流路を流れる冷媒により、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００内の発熱部品が冷却される。冷媒としては不凍液と水を１：１で混合したものが一般的に適しているが、それ以外の冷媒を用いることもできる。
上記ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００を冷却する冷却装置は、一実施の形態として示したものであり、他に、空気等の冷却気体を用いた冷却装置等を用いても差し支えはない。
【００２３】
高電圧/低電圧回路基板アセンブリ３００Ａは、図１で説明した高電圧側スイッチング回路２１０の構成部品と、低電圧側整流回路２２０の構成部品とを１枚のガラスエポキシ基板から成る駆動回路基板３００に実装して構成されている。すなわち、高電圧側スイッチング回路２１０を構成するＭＯＳＦＥＴ Ｈ１〜Ｈ４、平滑用入力コンデンサ２０２、および不図示のゲート抵抗等の電子部品と、低電圧側整流回路２２０を構成するＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２、リアクトル２０６、平滑用コンデンサ２０８（Ｃｏｕｔ）、平滑回路を構成するフィルタコイル２０７とフィルタコンデンサ２０５，および不図示のゲート抵抗等の電子部品が実装されて構成されている。ＭＯＳＦＥＴ Ｈ１〜Ｈ４およびＳ１，Ｓ２の各端子は、駆動回路基板３００の回路パターンと半田で電気的に接続される。回路パターンについては図４を参照して後述する。
【００２４】
駆動回路基板３００の高電圧回路領域に実装されたスイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ Ｈ１〜Ｈ４および、駆動回路基板３００の低電圧回路領域に実装された整流素子としてのＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２は、熱伝導性の良い絶縁放熱シート３２を介し、板ばね３５で金属ベース１０に密着して固定される。ＭＯＳＦＥＴは冷却流路を流れる冷媒により冷却される。
【００２５】
なお、ＭＯＳＦＥＴは板ばね３５で金属ベース１０に押圧固定され、その端子が駆動回路基板３００を貫通してその表面に突出する。駆動回路基板３００の表面には配線パターンが形成されており、基板を貫通した端子は回路パターンと半田で固着される。
【００２６】
トランス２５０、チョークコイル２０６、およびフィルタコイル２０７は、金属ベース１０上に締結部材により固定して配置される。金属ベース１０、高電圧/低電圧回路基板アセンブリ３００Ａ、制御回路基板アセンブリ６００Ａと、トランス２５０、チョークコイル２０６およびフィルタコイル２０７は金属製のトップカバー１で覆われている。
【００２７】
制御回路基板アセンブリ６００Ａは、図１で説明した高電圧側スイッチング回路２１０と低電圧側整流回路２２０のＭＯＳＦＥＴを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成回路を１枚のガラスエポキシ基板から成る制御回路基板６００上に実装して構成されている。制御回路基板アセンブリ６００Ａは、駆動回路基板アセンブリ３００Ａの駆動回路とダイレクトコネクタで接続されている。これらの接続にはダイレクトコネクタ以外にも、フレキシブル配線板や、信号ハーネスを用いても良い。
【００２８】
図３（ａ）は、金属ベース１０の実装部品を上方から見た図、図３（ｂ）は、側方から見た側面図である。この明細書では、とくに、低電圧整流回路２２０を構成するインサートバスバー４００と、チョークコイル２０６と、フィルタコンデンサ２０７を、駆動回路基板３００の第１面側の実装部品と呼ぶ。また、低電圧側整流素子であるＭＯＳＦＥＴＳ１，Ｓ２を、駆動回路基板３００の第２面側の実装部品と呼ぶ。第２面側の実装部品は金属ベース１０に密着して配置されており、それら全てが主トランス２５０の側方において、階層上に配置されている。換言すると、金属ベース１０の上方に所定間隔をあけて駆動回路基板３００を配設し、駆動回路基板３００の低電圧回路領域の可能において、金属ベース１０上に整流用ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２を密着配置している。
【００２９】
図４は、図３のインサートバスバー４００と主トランス２５０の近傍を拡大して示す平面図、図５は、図４の矢印Ｖ方向から見た側面図である。
【００３０】
図１において上述したように、主トランス２５０の二次側コイルの２つの端子２５１，２５２と整流素子ＭＯＳＦＥＴＳ１，Ｓ２の各高電位側ドレイン端子とはインサートバスバー４００によりそれぞれ接続されている。インサートバスバー４００は、主トランス２５０の２つの端子２５１，２５２にそれぞれ接続される２本の高電位側金属導体４０２Ａ、４０２Ｂを樹脂で一体成型して製作される。
【００３１】
インサートバスバー４００は、樹脂製の基部４０１と、基部４０１に樹脂モールドされ基部４０１から突出する２本の短冊状の高電位側金属導体４０２Ａ、４０２Ｂとを有する。２本の高電位側金属導体４０２Ａ、４０２Ｂの平面は互いに所定の距離離れて対向配置されている。高電位側金属導体４０２Ａ、４０２Ｂの下端面には所定ピッチで駆動回路基板３００に向かって突出する突起端子４０２ａ〜４０２ｃが形成されている。また、インサートバスバー４００は、基部４０１に樹脂モールドされ、高電位側金属導体４０２Ａ、４０２Ｂと所定距離をあけて対向配置される２本の低電位側金属導体４０２Ｃ，４０２Ｄも有している。この低電位側金属導体４０２Ｃ，４０２Ｄはグランド電位を有する。
【００３２】
図４に示すように、駆動回路基板３００には、低電圧整流素子であるＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２を駆動する駆動信号を伝達する駆動信号用配線、すなわち第１配線パターン３０１と、ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２に主電流を伝達する主電流用配線のパターン、すなわち第２配線パターン３０２および第３配線パターン３０３とが設けられている。第１配線パターン３０１はＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２のゲート端子に接続される。第２配線パターン３０２はＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２のドレイン端子に、第３配線パターン３０３はＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２のソース端子に接続される。
【００３３】
インサートバスバー４００の突起４０２ａ〜４０２ｃは駆動回路基板３００の貫通孔に差し込まれ、駆動回路基板３００に形成された高電圧配線パターン３０２に半田で電気的に接続され、これにより、主トランス２５０のコイル端子２５１がＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２のドレイン端子に接続される。
駆動回路基板３００の貫通孔とインサートバスバー４００の端子４０２ａ〜４０２ｃの所定ピッチは、整流素子であるＭＯＳＦＥＴの配設ピッチと同じ値である。
【００３４】
図４と図５に示すように、インサートバスバー４００は、基部４０１のモールド樹脂から露出する接続端子４０３と４０４も有する。接続端子４０３には、主トランス２５０の２つのコイル端子２５１、２５２がボルト１１１、１１２で締結されている。主トランス２５０の中間タップ端子２５２と、中間タップ端子２５３をチョークコイル２０６に接続するバスバー４５０とがボルト１１３で共締めされている。バスバー４５０は駆動回路基板３００の表面上を所定距離離れてチョークコイル２０６に向かって横切って延在している。バスバー４５０の他端はチョークコイル２０６の入力端子に接続されている。チョークコイル２０６の出力端子は、バスバー４５１によりフィルタコイル２０７に接続されている。
【００３５】
基部４０１にはインサートバスバー４００の固定用螺旋穴が形成された金属固定板４０４も露出している。インサートバスバー４００は、駆動回路基板３００の表面、すなわち第１面に配置され、第２面側からボルト１１４を貫通させて金属固定板４０４に螺合させることにより、駆動回路基板３００に固定される。
【００３６】
ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２の各々が有する駆動信号用の一つのゲート端子と、主電流用の２つの端子（ドレイン端子とソース端子）は、上述したように駆動回路基板３００を貫通している。駆動回路基板３００に形成されている第１配線パターン３０１、すなわち低電圧回路パターンは、端子貫通孔から上面に貫通するＭＯＳＦＥＴの各端子と半田で電気的に接続される。また、駆動回路基板３００に形成されている主電流回路パターンの高電位側パターンはドレイン端子に、主電流回路パターンの低電位側パターンはソース端子に半田で接続されている。インサートバスバー４００の突起端子は、駆動回路基板３００に形成されている主電流回路パターンの高電位側パターンと低電位側パターンに半田で電気的に接続されている。
【００３７】
以上のように、実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００では、主トランス２５０の２つの端子２５１、２５２と整流素子であるＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２のドレイン端子は、回路基板３００上の主電流の高電圧側配線パターン３０２とインサートバスバー４００を用いて互いに接続される。ＭＯＳＦＥＴ Ｓ１，Ｓ２のソース端子は、回路基板３００上の主電流の低電位配線パターン３０３とインサートバスバー４００を用いて互いに接続される。
【００３８】
なお、図４には示されていないが、駆動回路基板３００には、高電圧スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ Ｈ１〜Ｈ４を駆動する駆動信号を伝達する駆動信号用配線パターンと、ＭＯＳＦＥＴ Ｈ１〜Ｈ４に主電流を伝達する主電流用の高電位側配線パターンおよび低電位側配線パターンも形成されている。そして、低電圧側整流素子と同様、ＭＯＳＦＥＴ Ｈ１〜Ｈ４の各々が有する３つの端子は、上述したように駆動回路基板３００を貫通して駆動基板３００の回路パターンと半田で電気的に接続されている。
【００３９】
以上説明したように、実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００によれば次のような作用効果を奏する。
（１）ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００は、駆動回路基板３００に高電圧回路２１０と低電圧回路２２０を実装し、駆動回路基板３００を金属ベース１０の上方に配設した。そして、少なくとも一対の整流素子Ｓ１，Ｓ２は駆動回路基板３００の下方において金属ベース１０に密着して配置される。
このような実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００によれば、設置面積を小さくすることができ、部品点数低減によるコストダウンを図ることができる。また、基板一体化による組立作業性の改善を図ることできる。
【００４０】
低電圧回路基板と高電圧回路基板をそれぞれ分割し、低電圧回路基板には金属基板を使用し、トランスの二次側の電流を整流する整流素子に金属基板上のバスバーを用いて駆動信号を伝達させる構造をとる場合には、高価な金属基板の使用と、バスバーの点数増によるコスト増が課題となる。
【００４１】
（２）トランス２５０は金属ベース１０に設置され、駆動回路基板３００はトランス２５０の最大高さより低い位置に配置されている。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００の全高をトランス２５０など背の高い部品の高さで制限することができ、設置面積の低減効果と相まってＤＣ−ＤＣコンバータ装置１００の容積を小さくすることができる。
【００４２】
（３）少なくとも一対の整流素子Ｓ１，Ｓ２の主電流高電位側のドレイン端子の各々は、高電位側主電流用の少なくとも一対の第２配線パターン３０２から、少なくとも一対の高電位側金属導体４０２Ａ、４０２Ｂを介してトランスの二次側の２つのコイル端子２５１，２５２に接続される。したがって、バスバーの点数を少なくすることができる。
【００４３】
（４）高電位側金属導体４０２Ａ、４０２Ｂの一端は、絶縁性を有する樹脂モールドにて基部４０１で一体化されている。インサートバスバー４００が配置されている駆動回路基板３００の第１面側には一定の絶縁距離を必要とする実装部品が点在している。通常、バスバーを配置する場合においては、それら実装部品との空間距離を保つ必要があり、基板実装面積が大きくなってしまうことがあった。この実施形態によれば、樹脂による絶縁が可能になるため、基板実装部品との絶縁距離を考慮する要請が低下し、実装部品のレイアウトに自由度が生まれ、基板実装面積を小さくし、基板を小型化することができる。
【００４４】
（５）少なくとも一対の整流素子Ｓ１，Ｓ２の低電位側端子は、低電位側主電流用の第３配線パターン３０３から低電位側金属導体４０２Ｃ，４０２Ｄによりグランド電位を有する金属ベース１０に固定される。ここでもバスバーが不要となり、部品点数の削減とコスト低減に寄与する。
【００４５】
（６）少なくとも一対の低電位側金属導体４０２Ｃ，４０２Ｄの一端は基部４０１に樹脂モールドされている。したがって、駆動回路基板３００に実装される部品や部材との間で不用意な放電が防止され、駆動回路基板３００に実装する部品の配置の自由度が高まり、設計しやすく、かつ小型化に寄与する。
【００４６】
（７）複数の高電位側金属導体４０２Ａ，４０２Ｂを樹脂モールドして一体成形したので、組み立て作業性が向上する。同様に、低電位側金属導体４０２Ｃ，４０２Ｄもその基部が樹脂モールドで一体化される。
複数の金属導体４０２Ａ，４０２Ｂや４０２Ｃ，４０２Ｄが別部品の場合、それぞれの金属導体を基板に搭載する必要がある。しかし、実施形態のように、基部４０１で樹脂にて一体化された金属導体４０２Ａ〜４０２Ｄを駆動回路基板３００にねじで固着し、半田のみでの固定とすることにより、サブアセンブリ部品とすることができ、基板製造工程を簡略化することができる。更に基板のサブアセンブリ時にバスバー配線まで半田付けすることができるため、最終組立て工程での生産効率を向上させることができる。
【００４７】
（８）整流素子Ｓ１，Ｓ２の主電流高電位側端子は、高電位側主電流用の第２配線パターン３０２から高電位側金属導体４０２Ａ、４０２Ｂによりトランスの二次側コイル端子２５１，２５２に接続される。整流素子の主電流低電位側端子は、低電位側主電流用の第３配線パターン３０３から低電位側金属導体４０２Ｃ，４０２Ｄによりグランド電位を有する金属ベース１０に固定される。したがって、バスバーの点数を低減でき、コスト低減に寄与する。
【００４８】
（９）高電位側金属導体４０２Ａ、４０２Ｂの突起４０２ａ〜４０２ｃのピッチを整流素子の配置ピッチと一致させている。これにより、基板パターンを最短とする構成をとることが可能になり、基板の小型化を図ることができ、容積を有効活用できるため、製品の小型化が可能になる。低電位側金属導体４０２Ｃ、４０２Ｄも同様な突起が同様なピッチで突設されており、同様の効果を得ることができる。
【００４９】
（１０）駆動回路基板の第一面、すなわち表面に金属導体４０２Ａ〜４０２Ｄを配置するとともに、第一面とは反対側の第二面側、すなわち裏面側に整流素子を配置することにより、構成部品を階層配置構造とし、もって、電子部品内において実装高さの大きいトランスの位置高さ内に収めることが可能となり、装置全体の高さが抑えられ、小型化されたＤＣ−ＤＣコンバータ装置を提供することができる。
（１１）さらに駆動回路基板３００を用いることで、金属基板上を伝達させていた駆動信号は配線基板上パターンを用いて駆動信号を伝達する第１配線パターン３０１、整流素子に主電流を伝達する第２配線パターン３０２および第３配線パターン３０３に接続される。これにより金属基板上のバスバーを廃止することが可能になり、さらに低電圧整流回路２２０を高電圧スイッチング回路２１０とともに駆動回路基板３００に一体化させることができ、製造原価の低減が可能となる。
【００５０】
（１２）整流素子Ｓ１，Ｓ２は、金属ベース１０のトランス２５０が設置される領域の側方で金属ベース１０と密着して配置され、整流素子Ｓ１，Ｓ２の上方の駆動回路基板３００の配線パターンで金属導体４０２Ａ、４０２Ｂと接続されている。トランス２５０に接続するバスバー４００は、駆動回路基板３００に整流素子同様半田付けにて接続されるとともに、駆動回路基板３００の側部を跨ってトランス２５０と接続されている。また、整流素子の高電位側端子が接続される第２配線パターン３０２に駆動回路基板３００上で接続されている。したがって、基板上の配線パターンとバスバーを最短の長さにできるので、装置の容積を有効活用できる。
【００５１】
なお、低電圧回路基板としてアルミプリント基板、すなわち金属基板を用い、高電圧基板として安価なガラス・エポキシプリント基板を用いる場合には、以下のような欠点があった。すなわち、トランスと低電圧回路との接続にはバスバーを内蔵した端子台が用いられる。そのため、整流素子および、駆動信号を伝える配線は、端子台と金属基板上のバスバーの接続(例えば半田または溶接による)、またはパターンを用いて伝達させる構造をとることになるが、アルミ基板使用、および端子台を含む実装部品の点数増によるコスト増となっていた。
【００５２】
実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置を次のように変形して実施することができる。
（１）インサートバスバー４００を駆動回路基板３００にねじ１１４で固定しているが、機械的固定が可能であれば、固定方法は任意である。例えば、インサートバスバー４００の樹脂部に突起形状を設け、熱溶着による基板との固着としてもよい。あるいは、インサートバスバー４００とトランス２５０を電気的に接続可能であれば、例えば溶接、半田にて接続する形態を取っても構わない。
【００５３】
（２）インサートバスバー４００の半田付けについては、工法は問わないが、駆動回路基板３００の表面である第１面に実装されるその他の搭載電気部品と共に、第２面のリフロー半田とすることが、工程の簡略化の観点から望ましい。
【００５４】
（３）本実施形態のインサートバスバーに用いている樹脂は耐熱性の高い樹脂(例えばＰＰＳ)を用いているが、バスバーの温度が高温にならない様な場合は耐熱性の低い安価な樹脂を使用してもよい。
（４）トランス２５０の一対の出力端子２５１，２５２と整流素子の主電流用高電位側端子を接続する高電位側金属導体を樹脂モールドしたインサートバスバー４００で説明した。しかし、本発明の金属導体４０２Ａ、４０２Ｂは樹脂モールドせず、それぞれ単体であってもよい。低電位側金属導体４０２Ｃ、４０２Ｄも同様である。
（５）以上では、高電位側金属導体と低電位側金属導体を樹脂モールドして一体化したインサートバスバー４００として説明した。しかし、樹脂モールドして一体化した高電位側金属導体と、樹脂モールドして一体化した低電位側金属導体をそれぞれ別体として駆動回路基板３００に実装してもよい。
【００５５】
（６）実施形態では、低電圧整流回路２２０は一対の整流素子Ｓ１、Ｓ２を有するものとして説明し、これに対応して一対の高電位側金属導体４０２Ａ，４０２Ｂと、一対の低電位側金属導体４０２Ｃ，４０２Ｄとを使用した。整流素子の個数は一対に限定されず、対応する金属導体の個数も一対に限定されない。
【００５６】
以上の説明は一例であり、本発明は上記実施形態に限定されない。本発明は、１枚の駆動回路基板に高電圧スイッチング回路と低電圧整流回路を実装し、トランスが設置された金属ベースの上方に駆動回路基板を所定間隔をあけて配置し、駆動回路基板に実装した整流素子を金属ベース上に密着して配置することにより小型化を図るようにした、種々の形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１        トップカバー
１０      金属ベース
１０ａ    ＧＮＤ端子
Ｓ１，Ｓ２、Ｈ１〜Ｈ４    ＭＯＳ−ＦＥＴ
３２      絶縁放熱シート
３５      板ばね
１００    ＤＣ−ＤＣコンバータ装置
２０３      共振コイル
２０６    チョークコイル
２１０    高電圧回路
２２０    低電圧回路
２４０    制御回路
２５０    主トランス
２５１    高電位側端子
２５２    低電位側端子
２５３    中間タップ端子
３００    駆動回路基板
３００Ａ  駆動回路基板アセンブリ
３０１    駆動信号用配線パターン
３０２，３０３    主電流用配線パターン
４００    インサートバスバー
４０１    基部
４０２    金属導体
４０２ａ〜４０２ｃ    突起
４０２Ａ，４０２Ｂ    高電位側金属導体
４０２Ｃ，４０２Ｄ    低電位側金属導体
６００    制御回路基板
６００Ａ    制御回路基板アセンブリ
【図１】
2015053141.tif 000003
【図２】
2015053141.tif 000004
【図３】
2015053141.tif 000005
【図４】
2015053141.tif 000006
【図５】
2015053141.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月5日(2016.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベースと、
電力変換を行うトランスと、
前記トランスの入出力電流を制御する整流素子と、
前記整流素子を駆動する駆動回路が実装された駆動回路基板と、を備え、
前記整流素子は、前記金属ベース上に熱伝導可能に配設され、
前記駆動回路基板は、前記金属ベースと所定の間隔をあけて配設されるＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
複数のスイッチング素子を有し、前記トランスの一次側に接続される高電圧回路と、
前記整流素子を有し、前記トランスの二次側に接続される低電圧回路と、
前記トランスの二次側の出力端子と前記整流素子の高電位側端子とを接続する高電位側金属導体と、を備え、
前記駆動回路基板には、前記整流素子の駆動信号端子に駆動信号を供給する駆動信号配線パターンと、前記整流素子の高電位側端子に主電流を供給する高電位側主電流用配線パターンと、前記整流素子の低電位側端子に主電流を供給する低電位側主電流用配線パターンと、が形成され、
前記トランスの二次側の前記出力端子は、前記高電位側金属導体の一端に接続され、
前記高電位側金属導体の他端は、前記高電位側主電流用配線パターンに接続され、
前記高電位側主電流用配線パターンは、前記整流素子の前記高電位側端子に接続されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
前記駆動回路基板はトランスの最大高さより低い位置に配置されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項４】
請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
前記高電位側金属導体の一端は基部に樹脂モールドされて一体化されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項５】
請求項２または４に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
前記整流素子の低電位側端子は、前記駆動回路基板に形成された前記低電位側主電流用配線パターンに接続され、
前記低電位側主電流用配線パターンには、低電位側金属導体の他端が接続され、
前記低電位側金属導体の一端はグランド電位を有する金属ベースに固定されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
前記低電位側金属導体の一端は基部に樹脂モールドされて一体化されているＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明のＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、金属ベースと、電力変換を行うトランスと、トランスの入出力電流を制御する整流素子と、整流素子を駆動する駆動回路が実装された駆動回路基板と、を備え、整流素子は、金属ベース上に熱伝導可能に配設され、駆動回路基板は、金属ベースと所定の間隔をあけて配設される。
【国際調査報告】
2015053141.tif 000008
2015053141.tif 000009
2015053141.tif 000010
2015053141.tif 000011