具有散熱結(jié)構(gòu)的電源單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)內(nèi)容涉及具有變壓器的電源單元。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，電源單元例如DC-DC轉(zhuǎn)換器包括各種電氣部件，例如變壓器、扼流線圈以及其它電氣部件。這些電氣部件產(chǎn)生熱，使得在電源單元被收縮(shrunk)或者電源單元需要提供大量電流時(shí)輻射這些電氣部件所產(chǎn)生的熱將會(huì)成問(wèn)題。例如，日本專利第4924797號(hào)公開(kāi)了如下電源單元:其中允許大量電流流動(dòng)的次級(jí)線圈的導(dǎo)體固定至在基板上固定的金屬襯底。因此，根據(jù)上述專利文獻(xiàn)的電源單元實(shí)現(xiàn)了熱消散，也就是說(shuō)，由具有相對(duì)大的發(fā)熱值的次級(jí)線圈所產(chǎn)生的熱經(jīng)由金屬襯底被有效地傳遞至基板。
[0003]然而，在根據(jù)上述專利文獻(xiàn)的電源單元中，電氣部件例如整流器被安裝在固定至金屬襯底的次級(jí)線圈處導(dǎo)體的連接部分的附近。因此，在次級(jí)線圈的連接部分附近，基板和金屬制板的溫度可能會(huì)增加，使得難以有效地輻射在次級(jí)線圈處產(chǎn)生的熱。類似地，難以實(shí)現(xiàn)來(lái)自布置在相同區(qū)域附近的電氣部件的熱消散。
[0004]此外，當(dāng)將次級(jí)線圈的導(dǎo)體連接至基板時(shí)，由于電流在基板中流動(dòng)而導(dǎo)致基板自身產(chǎn)生熱。結(jié)果，難以輻射在電氣部件例如變壓器或整流器處產(chǎn)生的熱。
[0005]此外，可以在基板側(cè)屏蔽從變壓器和扼流線圈發(fā)射的電磁噪聲。然而，關(guān)于基板的相對(duì)側(cè)，如果不設(shè)置屏蔽板，則電磁噪聲泄露到外部，使得電磁噪聲可能會(huì)影響外圍設(shè)備。構(gòu)成電源單元的電氣部件朝向基板延展的方向布置在基板上。因此，基板在表面方向上變得較大，由此電源單元的尺寸可能會(huì)變得較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一種實(shí)施方式提供了具有良好的散熱結(jié)構(gòu)并且能夠收縮其尺寸的電源單元。
[0007]作為實(shí)施方式的第一方面，電源單元包括:變壓器，其具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈；初級(jí)部件，其構(gòu)成連接至該變壓器的初級(jí)線圈的初級(jí)電路；次級(jí)部件，其構(gòu)成連接至該變壓器的次級(jí)線圈的次級(jí)電路；扼流線圈，其構(gòu)成用于使其輸出電壓平滑的平滑電路；基板，在該基板的表面上設(shè)置有該變壓器、該初級(jí)部件、該次級(jí)部件和該扼流線圈，該基板接地；金屬板，其電連接至該基板；以及連接構(gòu)件，其將該初級(jí)部件和該變壓器電連接。該初級(jí)部件和該變壓器在該基板的法線方向上被層疊，使得該初級(jí)部件被布置在基板側(cè)，從而構(gòu)成第一層疊體；該金屬板的至少一部分被布置成與靠近該初級(jí)部件的程度相比，更靠近該變壓器，并且該金屬板和該變壓器通過(guò)接地線電連接，并且該接地線與該金屬板之間的連接點(diǎn)被定位成與靠近該初級(jí)部件的程度相比，更靠近該變壓器。
[0008]在上述電源單元中，變壓器的接地線連接至與基板分離的金屬板。因此，在變壓器處產(chǎn)生的熱可以被輻射至不同于基板的金屬板。相應(yīng)地，由次級(jí)線圈產(chǎn)生的熱可以通過(guò)與其它電氣部件(例如初級(jí)半導(dǎo)體部件、次級(jí)半導(dǎo)體部件和扼流線圈)的熱輻射路徑不同的熱輻射路徑而輻射。結(jié)果，可以有效地進(jìn)行變壓器的熱消散并且同時(shí)還可以有效地進(jìn)行來(lái)自其它電氣部件的熱消散。換言之，包括變壓器的多個(gè)電氣部件的熱輻射路徑可以被分配成多個(gè)熱輻射路徑，從而可以有效地實(shí)現(xiàn)整個(gè)電源單元的熱消散。
[0009]此外，因?yàn)閷⒆儔浩鞯慕拥鼐€連接至基板不是必要的，所以可以避免流經(jīng)次級(jí)線圈的電流(次級(jí)電流)也流經(jīng)基板。相應(yīng)地，可以避免由于電流流經(jīng)基板而在基板處產(chǎn)生的熱。結(jié)果，抑制了在基板處的溫度的增加，從而可以有效地進(jìn)行對(duì)安裝在基板上的電氣部件進(jìn)行冷卻。
[0010]初級(jí)半導(dǎo)體部件和變壓器被層疊以形成第一層疊體。因此，用于安裝初級(jí)半導(dǎo)體部件和變壓器的空間可以在與基板的安裝表面平行的方向上收縮。因此，可以使基板收縮，此外，也可以使電源單元收縮。
[0011]此外，接地線在變壓器側(cè)而不是初級(jí)半導(dǎo)體部件側(cè)連接至金屬板。因此，可以彼此分開(kāi)地布置連接構(gòu)件和在接地線與金屬板之間的連接部分。因此，可以容易地連接金屬板和接地線，而不受連接構(gòu)件影響。
[0012]如所描述的，根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容，可以提供具有良好的熱輻射結(jié)構(gòu)并且能夠收縮其尺寸的電源單元。
【附圖說(shuō)明】
[0013]在附圖中:
[0014]圖1是示出根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的參考示例I的電源單元的橫截面的說(shuō)明圖；
[0015]圖2是示出根據(jù)參考示例I的電源單元的平面視圖的說(shuō)明圖；
[0016]圖3是示出根據(jù)參考示例I的電源單元的橫截面的說(shuō)明圖，其中說(shuō)明了流入金屬板的次級(jí)電流；
[0017]圖4是示出根據(jù)比較示例的電源單元的橫截面的說(shuō)明圖，其中說(shuō)明了流入金屬板的次級(jí)電流；
[0018]圖5是示出根據(jù)參考示例2的電源單元的橫截面的說(shuō)明圖；
[0019]圖6是示出沿圖5的線V1-VI得到的截面視圖的圖；
[0020]圖7是示出根據(jù)參考示例3的電源單元的截面視圖的說(shuō)明圖；
[0021]圖8是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的電源單元的截面視圖的說(shuō)明圖；
[0022]圖9是示出根據(jù)第二實(shí)施方式的電源單元的截面視圖的說(shuō)明圖；
[0023]圖10是示出根據(jù)第三實(shí)施方式的電源單元的截面視圖的說(shuō)明圖；
[0024]圖11是示出根據(jù)第四實(shí)施方式的電源單元的截面視圖的說(shuō)明圖；
[0025]圖12是示出沿圖11的線XI1-XII得到的截面視圖的圖；
[0026]圖13是示出根據(jù)第五實(shí)施方式的電源單元的截面視圖的說(shuō)明圖；
[0027]圖14是示出根據(jù)第六實(shí)施方式的電源單元的截面視圖的說(shuō)明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]上述電源單元可以被配置為DC-DC轉(zhuǎn)換器，在該DC-DC轉(zhuǎn)換器中將DC (直流)電源的高電壓DC電降壓為低電壓DC電。此外，上述電源單元可以被安裝至例如電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛。
[0029]此外，上述金屬板連同上述基板一起可以被配置為構(gòu)成電源單元的殼體的蓋構(gòu)件的一部分。在該情況下，金屬板不一定被布置在殼體內(nèi)。因此，可以減少部件的數(shù)目，可以節(jié)省電源單元的重量并且也可以容易地減小其尺寸。
[0030]從基板的法線方向觀察時(shí)電源單元被優(yōu)選地設(shè)計(jì)成使得上述初級(jí)部件的輪廓大于上述變壓器的輪廓，并且上述接地線的至少一部分被布置在從法線方向觀察時(shí)上述初級(jí)部件的輪廓的內(nèi)部區(qū)域處。在該情況下，構(gòu)成上述第一層疊體，以使得在從法線方向觀察時(shí)具有大的輪廓的上述初級(jí)部件和上述變壓器層疊。因此，關(guān)于變壓器朝向與層疊方向垂直的方向鄰近的空間被認(rèn)為是死空間(dead space)。在上述電源單元中，上述接地線被布置在形成在第一層疊體周圍的空間中，從而有效地利用第一層疊體周圍的空間。結(jié)果，可以使上述電源單元收縮。
[0031][實(shí)施方式]
[0032](參考示例I)
[0033]參照?qǐng)D1至圖2，對(duì)上述電源單元的實(shí)施方式描述如下。
[0034]如圖1至圖2所示的電源單元I設(shè)置有:具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器2 ;初級(jí)半導(dǎo)體部件3(即初級(jí)部件)，其構(gòu)成連接至變壓器2的初級(jí)線圈的初級(jí)電路；次級(jí)半導(dǎo)體部件4(即次級(jí)部件)，其構(gòu)成連接至變壓器2的次級(jí)線圈的次級(jí)電路；以及扼流線圈5，其構(gòu)成用于使其輸出電壓平滑的平滑電路。
[0035]電源電路I包括覆蓋變壓器2、初級(jí)半導(dǎo)體部件3、次級(jí)半導(dǎo)體部件4的板7、安裝有扼流線圈的基板6以及至少變壓器2或扼流線圈5。金屬板7從基板6的相對(duì)側(cè)覆蓋這些部件。此外，從次級(jí)線圈引出的接地線21連接至金屬板7。
[0036]在本實(shí)施方式中，電源單元I用作DC-DC轉(zhuǎn)換器并且被安裝在例如電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛上。電源單元I將DC電源的高電壓DC電降壓為供給至用于輔助設(shè)備的電池的低電壓DC電。
[0037]初級(jí)電路構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路并且初級(jí)半導(dǎo)體部件3由集成了多個(gè)開(kāi)關(guān)元件的半導(dǎo)體模塊構(gòu)成。作為開(kāi)關(guān)元件，例如，可以使用IGBT (絕緣柵雙極晶體管)或MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。注意，初級(jí)半導(dǎo)體部件不一定是半導(dǎo)體模塊，例如，替代地可以使用分立半導(dǎo)體部件。
[0038]次級(jí)電路構(gòu)成整流器并且次級(jí)半導(dǎo)體部件4由集成了多個(gè)二極管的二極管模塊構(gòu)成。然而，次級(jí)半導(dǎo)體部件4可以是集成了多個(gè)MOSFET的半導(dǎo)體模塊。而且，次級(jí)半導(dǎo)體部件可以是分立半導(dǎo)體部件。
[0039]平滑電路由扼流線圈5和電容器(未示出)構(gòu)成。向根據(jù)參考示例I的電源單元I傳送的DC電由初級(jí)電路(即開(kāi)關(guān)電路)轉(zhuǎn)換成AC電，并被傳送至變壓器2。所傳送的AC電通過(guò)變壓器2降壓，然后通過(guò)次級(jí)電路(整流器)進(jìn)行整流，獲得DC電。降壓之后的DC電通過(guò)平滑電路進(jìn)行平滑并且從平滑電路被輸出。
[0040]在參考示例I中，變壓器2、初級(jí)半導(dǎo)體部件4和扼流線圈5被布置在基板6上，使得這些部件沿著基板6的安裝表面延展的方向被布置(即，如圖2和圖3所示，這些部件沿著安裝表面的縱向方向按順序(in series)布置)。由初級(jí)半導(dǎo)體部件3、次級(jí)半導(dǎo)體部件4和扼流線圈5所產(chǎn)生的熱大部分經(jīng)由基板6被輻射。注意，基板6可以由金屬例如鋁構(gòu)成。
[0041]金屬板7被布置成與基板6平行，以從基板6的相對(duì)側(cè)覆蓋變壓器2、初級(jí)半導(dǎo)體部件3、次級(jí)半導(dǎo)體部件4和扼流線圈5。金屬