(57)【要約】【課題】配線の簡素化が図られたスイッチング電源を提供する。【解決手段】本発明に係るスイッチング電源１０において、温度検出素子２４は、ベースプレート１２上に三角形状に配置されたスイッチング素子１６ａ、メイントランス１８及びダイオード２０ａの、それぞれの搭載領域３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃの外周縁端を結ぶ仮想的な領域３０内に設置されている。そのため、温度検出素子２４は、上記３部品１６ａ，１８，２０ａの温度検出をおこなうことが可能である。従って、スイッチング電源１０においては、１つの温度検出素子２４で、スイッチング素子１６ａ、メイントランス１８及びダイオード２０ａのうちの２つ若しくは３つの部品の温度を検出することができるため、従来のスイッチング電源に比べて、温度検出素子２４の数を削減することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の入力電圧を交流に変換するスイッチング回路を構成するスイッチング素子と、
前記スイッチング回路によって交流変換された入力電圧の電圧変換をおこなうメイントランスと、
前記メイントランスによって電圧変換された交流の入力電圧を直流に変換する整流回路を構成する整流素子と、
前記スイッチング素子、前記メイントランス及び前記整流素子が、一面に三角形状に配置されたベースプレートと、
前記スイッチング素子、前記メイントランス及び前記整流素子それぞれの搭載領域の外周縁端を結ぶ仮想的な領域内に１つのみ設置された温度検出素子と、
を備えた、スイッチング電源。
【請求項２】
前記温度検出素子は、前記スイッチング素子、前記メイントランス及び前記整流素子それぞれの搭載領域の重心点を結ぶ仮想的な三角形状領域内に設置されている、請求項１に記載のスイッチング電源。
【請求項３】
前記温度検出素子は、前記スイッチング素子及び前記整流素子それぞれの搭載領域の外周縁端を結ぶ仮想的な領域内に設置されている、請求項１に記載のスイッチング電源。
【請求項４】
直流の入力電圧を交流に変換するスイッチング回路を構成するスイッチング素子と、
前記スイッチング回路によって交流変換された入力電圧の電圧変換をおこなうメイントランスと、
前記メイントランスによって電圧変換された交流の入力電圧を直流に変換する整流回路を構成する整流素子と、
前記スイッチング素子、前記メイントランス及び前記整流素子が、一面に略Ｌ字状に配置されたベースプレートと、
前記スイッチング素子、前記メイントランス及び前記整流素子の配置によって形成される前記Ｌ字の屈曲部の内側に１つのみ設置された温度検出素子と、
を備えた、スイッチング電源。
【請求項５】
前記温度検出素子は、前記ベースプレートに直接的に接している、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスイッチング電源。
【請求項６】
前記温度検出素子により、前記スイッチング素子、前記メイントランス及び前記整流素子のいずれかの過熱が検知された場合に、スイッチング動作を停止させる制御回路をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年になって省エネルギや環境保全に対する要望が高まり、このような要望を反映するものの一つとしてハイブリッド車が実用化されている。ハイブリッド車は、従来からの内燃機関と電気モータ（ハイブリッド車用モータ）とを組み合わせて、それを動力源として利用するものである。ハイブリッド車用モータでは、減速時などに回生発電をおこなって電気エネルギを回収することも可能となっており、バッテリには、この回生発電による電力や内燃機関の出力を用いて発電した電力が蓄えられる。
【０００３】
バッテリから供給される電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（スイッチング電源）において降圧されて、ヘッドライト等の車載機器に配電される。このようなスイッチング電源は、主に、入力電圧のノイズ除去をおこなう入力平滑回路と、直流を交流に変換するスイッチング回路と、降圧をおこなうメイントランスと、交流を直流に変換する整流回路と、出力電圧のノイズ除去をおこなう出力平滑回路とで構成されており、ベースプレートの所定位置にそれぞれ配置されている。
【０００４】
一般に、スイッチング回路を構成するＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子、整流回路を構成する半導体ダイオード（整流素子）及びメイントランス等のベースプレート上に搭載される電子部品のうち、スイッチング素子及び半導体ダイオードは、コンバータ稼働時に百数十℃もの高温になる。また、半導体で構成されていないものの、メイントランスもまた、百数十℃程度にまで昇温する。そのため、従来より、上記電子部品周辺のベースプレート上にサーミスタ（温度検出素子）を各部品毎に取り付けて、各温度検出素子によって部品それぞれの温度を検出していた。そして、ベースプレートに搭載されているいずれかの部品の温度が、規定の使用限界温度になった場合に、スイッチング電源への給電を遮断して、過熱による部品破壊を未然に防止していた。なお、このような技術はごく一般的な技術であり、特段の先行技術文献に係るものではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のスイッチング電源には、次のような課題が存在している。すなわち、ベースプレートに取り付けられる温度検出素子は、一般にベースプレートと対面して配置されている制御基板の制御回路に接続されるため、温度検出素子は、ベースプレートとその制御基板との間を引き回される。そのため、ベースプレート上に搭載された部品毎に温度検出素子を取り付けた場合には、ベースプレート−制御基板間は、温度検出素子やその他の配線類で非常に混雑してしまう。そして、このような混雑により、ベースプレートの放熱性の低下や、製作作業の煩雑化が引き起こされてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、配線の簡素化が図られたスイッチング電源を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスイッチング電源は、直流の入力電圧を交流に変換するスイッチング回路を構成するスイッチング素子と、スイッチング回路によって交流変換された入力電圧の電圧変換をおこなうメイントランスと、メイントランスによって電圧変換された交流の入力電圧を直流に変換する整流回路を構成する整流素子と、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子が、一面に三角形状に配置されたベースプレートと、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子それぞれの搭載領域の外周縁端を結ぶ仮想的な領域内に１つのみ設置された温度検出素子と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
このスイッチング電源において、温度検出素子は、ベースプレート上に三角形状に配置されたスイッチング素子、メイントランス及び整流素子の、それぞれの搭載領域の外周縁端を結ぶ仮想的な領域内に設置されている。そのため、温度検出素子は、これらの３部品の温度検出をおこなうことが可能である。なお、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子により形成される三角形が小さければ小さい程、温度検出素子と上記３部品とが近接する。従って、本発明に係るスイッチング電源においては、１つの温度検出素子で、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子のうちの２つ若しくは３つの部品の温度を検出することができるため、被測定部品の数だけ温度検出素子を設置した従来のスイッチング電源に比べて、温度検出素子の数を削減することができる。
【０００９】
また、温度検出素子は、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子それぞれの搭載領域の重心点を結ぶ仮想的な三角形状領域内に設置されていることが好ましい。この場合、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子の３部品により近接するように、温度検出素子を設置することができる。
【００１０】
また、温度検出素子は、スイッチング素子及び整流素子それぞれの搭載領域の外周縁端を結ぶ仮想的な領域内に設置されていることが好ましい。この場合、温度検出素子は、主に、スイッチング素子及び整流素子の温度を検出する。このように、メイントランスに比べて使用限界温度の低いスイッチング素子及び整流素子の温度を検出することにより、実質的にメイントランスを含めた３つの部品の過熱を温度検出素子により検出することができる。
【００１１】
本発明に係るスイッチング電源は、直流の入力電圧を交流に変換するスイッチング回路を構成するスイッチング素子と、スイッチング回路によって交流変換された入力電圧の電圧変換をおこなうメイントランスと、メイントランスによって電圧変換された交流の入力電圧を直流に変換する整流回路を構成する整流素子と、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子が、一面に略Ｌ字状に配置されたベースプレートと、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子の配置によって形成されるＬ字の屈曲部の内側に１つのみ設置された温度検出素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
このスイッチング電源において、温度検出素子は、ベースプレート上に略Ｌ字状に配置されたスイッチング素子、メイントランス及び整流素子は、ベースプレート上に略Ｌ字状に配置されており、温度検出素子は、そのＬ字の屈曲部の内側に設置されている。そのため、温度検出素子は、これらの３部品の温度検出をおこなうことが可能である。なお、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子により形成されるＬ字が小さければ小さい程、温度検出素子と上記３部品とが近接する。従って、本発明に係るスイッチング電源においては、１つの温度検出素子で、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子のうちの２つ若しくは３つの部品の温度を検出することができるため、被測定部品の数だけ温度検出素子を設置した従来のスイッチング電源に比べて、温度検出素子の数を削減することができる。
【００１３】
温度検出素子は、ベースプレートに直接的に接していることが好ましい。この場合、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子からベースプレートを介して伝わる伝導熱を高い精度で検知可能なため、温度測定の精度が向上する。
【００１４】
また、温度検出素子により、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子のいずれかの過熱が検知された場合に、スイッチング動作を停止させる制御回路をさらに備えることが好ましい。この場合、制御回路により、スイッチング素子、メイントランス及び整流素子の過熱による破壊を未然に防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係るスイッチング電源の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るスイッチング電源１０を示した概略平面図である。このスイッチング電源１０は、ハイブリッド車等に適用される、いわゆるＤＣ−ＤＣコンバータであり、車載バッテリから送られてくる入力電圧を降圧すると共に安定化して、パワーウィンドウ、ヘッドライト、オーディオ機器等の車載機器やモータ等に対して送出する装置である。
【００１７】
スイッチング電源１０は、主な構成要素として、略正方形状のベースプレート１２と、入力電圧のノイズ除去をおこなう入力平滑回路１４と、直流を交流に変換するスイッチング回路１６と、電圧変換をおこなうメイントランス１８と、交流を直流に変換する整流回路２０と、出力電圧のノイズ除去をおこなう出力平滑回路２２とを備えている。また、ベースプレート１２上には、図１に簡略的に二点鎖線で示しているような、主に、スイッチング電源に入力される電力の遮断制御やスイッチング回路１６の制御をおこなう制御基板２３が所定距離だけ離間されて対面配置されている。
【００１８】
これらの構成要素同士の関連について、図２を参照しつつ説明する。なお、図２は、スイッチング電源１０の回路システムを模式的に示すと共に、各構成要素の配置関係を示した図である。上述したように、スイッチング電源１０がバッテリから入力電圧を受け付けると、まず、入力平滑回路１４においてその入力電圧のノイズ成分が除去される。入力平滑回路１４によってノイズが除去された入力電圧は、スイッチング回路１６において交流電圧に変換される。交流電圧に変換された入力電圧は、メイントランス１８において降圧される。降圧された入力電圧は、整流回路２０において直流に変換され、出力平滑回路２２においてノイズ除去された後に出力される。なお、スイッチング電源１０には、図２に示した回路及び素子以外にも、種々の回路及び素子が搭載されているが、説明の便宜上省略している。また、スイッチング素子１６ａ、メイントランス１８及びダイオード２０ａは、メイントランス１８を中心として屈曲した配置となっており、スイッチング素子１６ａ、メイントランス１８、ダイオード２０ａの順にＬ字ライン上に配置されている。
【００１９】
図１に示したように、上述した入力平滑回路１４、スイッチング回路１６、メイントランス１８、整流回路２０、出力平滑回路２２はいずれも、ベースプレート１２上に搭載されている。入力平滑回路１４は、主にコイルやコンデンサで構成されている。また、スイッチング回路１６は、例えばＭＯＳＦＥＴである、４つのスイッチング素子１６ａを有しており、これらのスイッチング素子１６ａの接続／切断のタイミングは制御基板２３によって制御されている。すなわち、２つ一組のスイッチング素子１６ａが、組毎に制御基板２３によって所定のタイミングで接続／切断されて、直流から交流への変換がおこなわれる。さらに、メイントランス１８は、巻数の多い一次コイルと巻数の少ない二次コイルによって構成されており、入力電圧を低下（降圧）する。整流回路２０は、整流素子としてダイオード２０ａを複数備えている。なお、整流素子には、整流素子の単なるチップだけでなく、複数の整流素子をモジュール化したものも含まれる。出力平滑回路２２は、主にチョークコイルやコンデンサで構成されている。
【００２０】
また、ベースプレート１２上には、図１及び図２に示しているように、スイッチング素子１６ａ等のベースプレート搭載部品の温度に起因する輻射熱や伝導熱を検知する、例えばサーミスタである温度検出素子２４がネジ２６により固定されている。以下、この温度検出素子２４について、図３を参照しつつ説明する。なお、図３は、温度検出素子２４がベースプレート１２に固定される状態を示した図である。図３に示すように、温度検出素子２４は、金属製の締結部材２５と、締結部材２５から引き出されたハーネス２８とにより構成されている。締結部材２５は環状板部２５ａと、環状板部２５ａの外縁に一体的に接続されて径方向に延在する円筒部２５ｂとにより構成されている。環状板部２５ａの孔にはネジ２６が挿通され、このネジ２６により温度検出素子２４がベースプレート１２に固定されている。このように温度検出素子２４が直接にベースプレート１２に固定されている場合には、ある部材を介して温度検出素子２４をベースプレート１２に固定した場合に比べて、ベースプレート１２から温度検出素子２４への熱伝導が効率よくおこなわれるため、温度検出素子２４による高精度の温度測定がおこなわれる。
【００２１】
ハーネス２８の一端部は、締結部材２５の円筒部２５ｂ内に挿入されており、他端部は、上述した制御基板２３に形成されている温度制御回路（制御回路）に接続されている。この温度制御回路は、温度検出素子２４が設置された位置のベースプレート１２の温度を温度検出素子２４を用いて取得して、取得した温度に基づいてスイッチング電源１０の動作を停止させるものである。より具体的には、温度制御回路は、予め設定された、スイッチング素子１６ａ、メイントランス１８及びダイオード２０ａそれぞれに定められた使用限界温度に対応するベースプレートの温度を参照し、取得した温度がこの設定温度を超えている場合に、スイッチング電源１０のスイッチング動作を停止させる。ここで、スイッチング動作の停止とは、例えば、制御回路の動作停止や、スイッチング素子の駆動停止、スイッチング電源１０のメインスイッチ切断等を意味している。従って、スイッチング素子１６ａ、メイントランス１８及びダイオード２０ａの過熱による破壊が温度制御回路により防止される。
【００２２】
温度検出素子２４は、スイッチング素子１６ａの搭載領域３０Ａ、メイントランス１８の搭載領域３０Ｂ、及びダイオード２０ａの搭載領域３０Ｃの外周縁端を結ぶ仮想的な領域３０内に位置している。ここで、スイッチング素子１６ａの搭載領域３０Ａはスイッチング回路１６が形成されている領域と同一であり、ダイオード２０ａの搭載領域は整流回路２０が形成されている領域と同一である。このような位置に温度検出素子２４が配置されていることにより、温度検出素子２４は、スイッチング素子１６ａ、メイントランス１８及びダイオード２０ａの３つの部品のいずれとも同程度だけ離間する。また、温度検出素子２４は、スイッチング素子１６ａ、メイントランス１８及びダイオード２０ａの配置によって形成されるＬ字ラインの屈曲部内側に位置しており、上記３部品１６ａ，１８，２０ａそれぞれとの距離が同程度となっている。そのため、温度検出素子２４と温度制御回路との協働により、温度検出素子２４が配置された位置のベースプレート１２温度を測定することで、スイッチング素子１６ａ、メイントランス１８及びダイオード２０ａの３つの部品のいずれかが過熱状態となった場合には、その過熱を検出することができる。
【００２３】
以上詳細に説明したように、スイッチング電源１０においては、スイッチング素子１６ａ、メイントランス１８及びダイオード２０ａの３つの部品の温度検出を１つの温度検出素子２４でおこなっている。そのため、スイッチング素子等の部品の数だけ温度検出素子を設置した従来のスイッチング電源に比べて、温度検出素子２４の数を削減することができる。それにより、ベースプレート１２と制御基板２３との間を引き回されるハーネス２８（図３参照）の本数が減少する。そのため、ベースプレート１２と制御基板２３との間の混雑が緩和され、ベースプレート１２の放熱性が向上すると共に、製作作業の省力化が図られる。また、１つのスイッチング電源１０に使用される温度検出素子２４の数が削減されることで、スイッチング電源１０の製造コストが削減される。なお、スイッチング素子１６ａ、メイントランス１８及びダイオード２０ａで形成されるＬ字が小さい場合、すなわち、各部品間の距離が短い場合には、温度検出素子２４と上記３部品１６ａ，１８、２０ａとがより近接するため、温度検出素子２４の測定精度が向上する。
【００２４】
なお、温度検出素子２４は、スイッチング素子１６ａの搭載領域３０Ａ、メイントランス１８の搭載領域３０Ｂ及びダイオード２０ａの搭載領域３０Ｃの各重心点を結ぶ三角形状の領域内に位置していることが好ましい（図４参照）。図４は、温度検出素子２４の配置関係の一態様を示した図である。すなわち、温度検出素子２４を、スイッチング素子１６ａの搭載領域３０Ａの重心点３２Ａと、メイントランス１８の搭載領域３０Ｂの重心点３２Ｂと、ダイオード２０ａの搭載領域３０Ｃの重心点３２Ｃとをそれぞれ結んだ仮想的な三角形状の領域３２内に配置する。この場合には、図４からも明らかなように、温度検出素子２４が領域３０内に配置される場合に比べて、温度検出素子２４とスイッチング素子１６ａ、メイントランス１８及びダイオード２０ａの３部品とがより近接する領域３２に温度検出素子２４が配置されることとなる。そのため、より高い精度で上記３部品１６ａ，１８，２０ａの温度測定がおこなわれる。
【００２５】
また、温度検出素子２４は、スイッチング素子１６ａの搭載領域３０Ａ及びダイオード２０ａの搭載領域３０Ｃそれぞれの外周縁端を結ぶ仮想的な領域内に配置してもよい（図５参照）。図５は、温度検出素子２４の配置関係の一態様を示した図である。このような領域３４内に温度検出素子２４を配置した場合には、温度検出素子２４は、主にスイッチング素子１６ａ及びダイオード２０ａの温度を検出する。一般に、スイッチング電源１０に利用されるスイッチング素子１６ａ及びダイオード２０ａの使用限界温度は１００〜１１０℃程度であり、メイントランス１８の使用限界温度はそれよりも高く、１４０℃程度である。そのため、温度検出素子２４により、使用限界温度の低いスイッチング素子１６ａ及びダイオード２０ａの温度を検出することで、実質的にメイントランス１８を含めた３つの部品の過熱を未然に防止することができる。なお、メイントランス１８の使用限界温度は、メイントランス１８の材質等の設計により変更させることが可能である。
【００２６】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、温度検出素子は、サーミスタに限定されず、例えば、白金測温抵抗体を利用したものや、熱電対、半導体を利用したサーモパイル等であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、配線の簡素化が図られたスイッチング電源が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るスイッチング電源の概略平面図である。
【図２】図１のスイッチング電源の回路システムを模式的に示したブロック構成図である。
【図３】温度検出素子がベースプレートに固定される状態を示した図である。
【図４】温度検出素子の配置関係の一態様を示した図である。
【図５】温度検出素子の配置関係の一態様を示した図である。
【符号の説明】
１０…スイッチング電源、１２…ベースプレート、１６…スイッチング回路、１６ａ…スイッチング素子、１８…メイントランス、２０…整流回路、２０ａ…ダイオード、２３…制御基板、２４…温度検出素子、２８…ハーネス、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３２，３４…領域、３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…重心点。
【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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