スイッチング電源装置
【課題】塵埃による影響を低減し、回路部品を効率よく冷却することができるスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】ケース１１内にコイル、或いは／及び、トランスの入力側巻線３２Ａ、及び、出力側巻線３２Ｂと、入力側巻線３２Ａ、出力側巻線３２Ｂに流れる電流を制御するスイッチング素子３１と、を含む回路部品を実装した基板３０を備え、２次側の出力電圧に基づいてスイッチング素子３１のスイッチングを制御するスイッチング電源装置１０において、ケース１１の内部を部品収容室５０と風路５５とに仕切るヒートシンク２５を備え、部品収容室５０に基板３０を収め、回路部品のうち少なくともスイッチング素子３１をヒートシンク２５の部品収容室５０側の表面２７Ａに接触させた状態で基板３０に実装し、風路５５に沿って風を流しヒートシンク２５を介してスイッチング素子３１を冷却する。
【解決手段】ケース１１内にコイル、或いは／及び、トランスの入力側巻線３２Ａ、及び、出力側巻線３２Ｂと、入力側巻線３２Ａ、出力側巻線３２Ｂに流れる電流を制御するスイッチング素子３１と、を含む回路部品を実装した基板３０を備え、２次側の出力電圧に基づいてスイッチング素子３１のスイッチングを制御するスイッチング電源装置１０において、ケース１１の内部を部品収容室５０と風路５５とに仕切るヒートシンク２５を備え、部品収容室５０に基板３０を収め、回路部品のうち少なくともスイッチング素子３１をヒートシンク２５の部品収容室５０側の表面２７Ａに接触させた状態で基板３０に実装し、風路５５に沿って風を流しヒートシンク２５を介してスイッチング素子３１を冷却する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子と、コイル、或いは／及び、トランスと、を有するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スイッチング素子と、コイル、或いは／及び、トランスとを含む回路部品を基板に実装して備えるスイッチング電源装置では、複数の放熱フィンを有するヒートシンクを備え、当該ヒートシンクに発熱の大きなスイッチング素子等の回路部品を固定して、この放熱フィンを介して回路部品が発する熱を放熱させている。この種のスイッチング電源装置では、放熱フィンをスイッチング電源装置の外部にむき出しにして外部に放熱することが考えられるが、放熱効率を向上するためにはケースの大型化が避けられない。そのため、スイッチング電源装置の小型化への要求に対応するために、吸気ファン、或いは／及び、吐出ファンを用いてケース内に空気を流して、強制空冷方式により回路部品を冷却すると共に、ケース内の高温の空気を外部に吐出して放熱する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２４３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、吸気ファン、或いは／及び、吐出ファンを用いてケース内に空気を流して、強制空冷方式により回路部品を冷却した場合、吸気ファン、或いは／及び、吐出ファンで、周囲から空気と一緒に微小金属片や埃等の塵埃がスイッチング電源装置内部に吸い込まれて、これらの塵埃がスイッチング電源装置内部にたまりやすくなる。電源内部に微小金属片や埃等の塵埃が蓄積すると、外部要因の故障の発生確率が高くなり、スイッチング電源装置は、短寿命となる可能性があるという問題があった。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、塵埃による影響を低減し、回路部品を効率よく冷却することができるスイッチング電源装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、ケース内にコイル、或いは／及び、トランスの入力側巻線、及び、出力側巻線と、前記入力側巻線、出力側巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子と、を含む回路部品を実装した基板を備え、２次側の出力電圧に基づいて前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング電源装置において、前記ケースの内部を部品収容室と風路とに仕切るヒートシンクを備え、前記部品収容室に前記基板を収め、前記回路部品のうち少なくとも前記スイッチング素子を前記ヒートシンクの部品収容室側の表面に接触させた状態で前記基板に実装し、前記風路に沿って風を流し前記ヒートシンクを介して前記スイッチング素子を冷却することを特徴とする。
【０００６】
この構成において、前記ヒートシンクに、前記部品収容室と風路に貫通する貫通孔を設け、前記貫通孔を介して前記風路を流れる風を前記部品収容室に導入し、この導入された風で、前記基板に実装された回路部品を冷却する構成としても良い。また、前記基板には、前記風路の吸込み側に前記入力側巻線を設け、前記風路の吐き出し側に前記出力側巻線を設けた構成としても良い。また、前記ケースの部品収容室に、前記風路に風を流すファンを配置した構成としても良い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ケース内にコイル、或いは／及び、トランスの入力側巻線、及び、出力側巻線と、前記入力側巻線、出力側巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子と、を含む回路部品を実装した基板を備え、２次側の出力電圧に基づいて前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング電源装置において、前記ケースの内部を部品収容室と風路とに仕切るヒートシンクを備え、前記部品収容室に前記基板を収め、前記回路部品のうち少なくとも前記スイッチング素子を前記ヒートシンクの部品収容室側の表面に接触させた状態で前記基板に実装し、前記風路に沿って風を流し前記ヒートシンクを介して前記スイッチング素子を冷却するため、ヒートシンクを風路を流れる風で冷却して、ヒートシンクの部品収容室側の表面に接触するスイッチング素子を効率よく放熱させることができると共に、ヒートシンクでケースの部品収容室側と、風路と、を仕切ることができるため、回路部品を実装した基板が収容されるケースの部品収容室側へ塵埃が入り込むのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は下面図、（Ｅ）は平面図である。
【図２】スイッチング電源装置の内部構成を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は吸気側側面板を破線で示した透視図である。
【図３】ヒートシンクの平面図である。
【図４】ケース内部の風の流れを示す断面図である。
【図５】別の実施形態のスイッチング電源装置の構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は下面図、（Ｅ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態に係るスイッチング電源装置１０の構成を示す図であり、図１（Ａ）は、スイッチング電源装置１０の正面図、図１（Ｂ）は、スイッチング電源装置１０の左側面図、図１（Ｃ）は、スイッチング電源装置１０の右側面図、図１（Ｄ）は、スイッチング電源装置１０の下面図である。スイッチング電源装置１０は、詳細については後述するが、入力側巻線３２Ａ、及び、出力側巻線３２Ｂを有するコイル、或いは／及び、トランスと、コイル、或いは／及び、トランスの入力側巻線３２Ａ、出力側巻線３２Ｂに流れる電流を制御する半導体素子（スイッチング素子）３１と、を備える。スイッチング電源装置１０は、２次側の出力電圧に基づいて、半導体素子３１のスイッチングを制御して、入力された電力を、入力側巻線３２Ａ、及び、出力側巻線３２Ｂから構成されるコイル、或いは／及び、トランスで電力変換する電力変換装置であり、例えば、放電灯点灯装置として好適に用いることができる。
【００１０】
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）に示すように、スイッチング電源装置１０は、略筒形のケース１１を備え、ケース１１は、アルミ材により形成されるケース本体１２、側面板１３，１４から構成される。ケース本体１２は、ケース１１の前面１２Ａ、背面１２Ｂ、天面１２Ｃ、及び、底面１２Ｄを形成する。ケース１１は、ケース本体１２によって、左右に開口する略筒状に形成され、この左右の開口を塞ぐように、側面板１３，１４が取り付けられる。
【００１１】
ケース本体１２の前面１２Ａ、及び、背面１２Ｂには、ケース本体１２の長さＬ方向に亘って複数の凹部１６Ａ、凸部１６Ｂが上下に並べられている。凹部１６Ａ、及び、凸部１６Ｂは放熱フィンの役割を果たし、ケース本体１２は、これらの凹部１６Ａ、及び、凸部１６Ｂによって表面積が広くなるため、ケース本体１２を介してケース１１内部の熱をケース１１の外部に放熱し易い構成となっている。
【００１２】
側面板１３，１４の高さ寸法Ｈ２は、ケース本体１２の高さ寸法Ｈ１よりも大きく形成される。また、側面板１３，１４の下端は略Ｌ字状に折り曲げられて脚部１３Ａ，１４Ａが形成される。スイッチング電源装置１０は、ケース１１の各側面にそれぞれ取付られた側面板１３，１４の脚部１３Ａ，１４Ａが、任意の設置面に載置されて設置される。スイッチング電源装置１０は、底面１２Ｄが、設置面から側面板１３，１４の高さ寸法Ｈ２と、ケース本体１２の高さ寸法Ｈ１の差分だけ浮いた状態で設置される。
【００１３】
ケース１１の一方の側面を形成する側面板１３には、図１（Ｃ）に示すように、スイッチング電源装置１０をオン／オフする電源スイッチ１８Ａと、電源を接続するインプット側接続器１８Ｂと、スイッチング電源装置１０で変換された電力を対象機器へと供給する配線を接続するアウトプット側接続器１８Ｃと、が備えられる。また、側面板１３には、ケース１１内に周囲の空気を導入するための側面側吸気口２２Ａが形成される。側面側吸気口２２Ａは、縦長楕円形状に形成されて、側面板１３の下部に、ケース１１の幅Ｗ方向に複数並べて設けられる。
【００１４】
ケース１１の他方の側面を形成する側面板１４には、図１（Ｂ）に示すように、ケース１１内の空気をケース１１の外部に吐き出すための吐出口１７が、側面板１４の略中央に形成されている。側面板１４には、吐出口１７に対向させて吐出ファン２１が取り付けられ、この吐出ファン２１の駆動によって、ケース１１内の空気が吐出側側面板１４に設けられた吐出口１７から吐き出されると共に、負圧によって、吸気側側面板１３に形成された側面側吸気口２２Ａを介してケース１１の周囲から空気がケース１１内に導かれる。吐出口１７は、底面１２Ｄに形成された複数の細長孔形状の吹出孔１７Ａから構成されている。各吹出孔１７Ａは、短軸の長さが指などが入り込まない大きさ（数ミリ）に設定されている。この構成によれば、吹出口１７を介して吐出ファン２１に指などが触れてけがをすることを防止することができる。
【００１５】
底面１２Ｄには、図１（Ｄ）に示すように、吸気側側面板１３側の端部に、縦長楕円形状の底面側吸気口２２Ｂが、ケース１１の幅Ｗ方向に複数並べて設けられる。底面１２Ｄは、前述したように、スイッチング電源装置１０が設置された状態で、設置面から側面板１３，１４の高さ寸法Ｈ２と、ケース本体１２の高さ寸法Ｈ１の差分だけ浮いた状態となり、底面側吸気口２２Ｂからもケース１１の周囲から空気を吸い込んで、ケース１１内に導入することができる。
【００１６】
図２（Ａ）に示すように、スイッチング電源装置１０は、ケース１１内に、回路部品を実装した基板３０と、ケース１１の内部を部品収容室５０と風路５５とに仕切るヒートシンクと、を備える。部品収容室５０には、基板３０が収められている。基板３０は、ケース１１の前面１２Ａ、及び、背面１２Ｂと略平行に、ケース１１の長さＬ（図１参照）方向に沿って配置される。基板３０は、背面１２Ｂから所定の絶縁距離分だけ離した位置で、背面１２Ｂ側に寄せて配設される。ヒートシンク２５は、ケース１１の下部側に、基板３０と略直角にケース１１の長さＬ方向（図１参照）に沿って配置される。ケース１１内には、基板３０の他に複数枚の基板が収容される構成でも良く、すくなくとも、ヒートシンク２５と略直角に配置される基板３０には、ヒートシンク２５に実装される後述の半導体素子３１が実装されている。
【００１７】
ヒートシンク２５は、熱伝導率が高く、軽量なアルミ材から形成され、幅寸法Ｗ２は、ケース１１の内側寸法Ｗ１と略同じに形成される。ヒートシンク２５は、ヒートシンク本体２７と、ヒートシンク本体２７から幅方向に両外側に向かって延びる、腕部２８Ａ，２８Ｂと、を備える。腕部２８Ａ，２８Ｂは、ヒートシンク本体２７の長さ方向に亘って形成される。腕部２８Ａ，２８Ｂの端部には嵌合部２９Ａ，２９Ｂがそれぞれ形成される。
この構成によれば、ケース１１、及び、ヒートシンク２５を軽量なアルミ材から形成することができるため、スイッチング電源装置１０の質量を軽くすることができる。
【００１８】
ケース１１は、ケース本体１２の前面１２Ａ、及び、背面１２Ｂの内壁に、ケース１１の長さ方向に亘ってケース本体１２と一体に形成された一対のレール部１２Ｅ，１２Ｅを備える。レール部１２Ｅ，１２Ｅは、前面１２Ａ、及び、背面１２Ｂから、ケース１１内側に向かって略コの字上に形成され、ケース本体１２の両側面側に開放されたレールである。ヒートシンク２５は、レール部１２Ｅ，１２Ｅに腕部２８Ａ，２８Ｂの端部に形成された嵌合部２９Ａ，２９Ｂを嵌合させて、ケース本体１２の側面側からスライドさせて、ケース本体１２に取り付けることができる。また、腕部２８Ａ，２８Ｂには、ヒートシンク２５を側面板１３，１４にねじ等で固定するための固定部２８Ｃ，２８Ｃが形成されている。
【００１９】
ケース１１の内部には、このヒートシンク２５と、底面１２Ｄとの間に、ケース１１の部品収容室５０からヒートシンク２５によって仕切られた空間である風路５５が形成される。ヒートシンク２５は、ヒートシンク本体２７の風路５５側に対向する面である裏面２７Ｂに複数のフィン２６を備える。フィン２６は、ヒートシンク本体２７の長さ方向に亘って設けられ、ヒートシンク本体２７の裏面２７Ｂは、これらのフィン２６により表面積が広くなる。図２（Ｂ）は、スイッチング電源装置１０の透視図であり、説明の便宜上、吸気側側面板１３を破線で示した図である。図２（Ｂ）に示すように、吸気側側面板１３に形成された側面側吸気口２２Ａは、高さ寸法Ｈ３が、ヒートシンク本体２７の裏面２７Ｂと底面１２Ｄとの離間距離と略同じに設定されている。また、側面側吸気口２２Ａは、互いに隣接するフィン２６間に配置されている、幅寸法Ｗ３が、互いに隣接するフィン２６間の離間距離と略同じに設定される。これらの構成によれば、側面側吸気口２２Ａからケース１１内に導入した空気を、裏面２７Ｂに沿って、フィン２６が通風抵抗となることなく、風路を流すことができ、効率よくヒートシンク２５を冷却することができる。また、側面側吸気口２２Ａからケース１１内に導かれた空気が、風路５５ではなく、部品収容室５０に側面側吸気口２２Ａから直接導かれるのを防ぐことができる。
【００２０】
また、図示は省略したが、脚部１３Ａ，１４Ａによって、スイッチング電源装置１０の設置面から浮いた状態で配設された底面１２Ｄに設けられた底面側吸気口２２Ｂは、側面側吸気口２２Ａと同様に、互いに隣接するフィン２６間に配置されるとともに、幅寸法が、互いに隣接するフィン２６間の離間距離と略同じに設定される。
ケース１１の背面１２Ｂ側に延びる腕部２８Ｂには、ヒートシンク２５に基板３０の下部３０Ａをねじ等で固定するためのヒートシンク側基板固定部２５Ａが設けられる。また、ケース本体１２の天面１２Ｃには、ケース１１の部品収容室５０に向かって形成された基板レール１２Ｆが設けられる。基板３０は、この基板レール１２Ｆに上端部３２が嵌合し、ヒートシンク側基板固定部２５Ａに下部３０Ａがねじ等によって固定されてケース１１内に収容される。
【００２１】
また、ヒートシンク２５は、腕部２８Ｂに、風路５５側に形成された小フィン２６Ａを備える構成であっても良い。腕部２８Ｂは、基板３０を固定するために腕部２８Ａよりも大きく形成されている。小フィン２６Ａにより、腕部２８Ｂの風路５５側の表面積が広くなるため、腕部２８Ｂと底面１２Ｄとの間の風路５５を流れる風を有効的に利用して、ヒートシンク２５の冷却効率を向上することができる。
吸気側側面板１３には、この小フィン２６Ａに対応する小吸気口２２Ｃが形成される。小吸気口２２Ｃは、高さ寸法Ｈ４が、腕部２８Ｂの風路５５側の面と底面１２Ｄとの離間距離と略同じに設定されている。また、小吸気口２２Ｃは、隣接する小フィン２６Ａ間に配置され、幅寸法Ｗ４が、互いに隣接する小フィン２６Ａ間の離間距離と略同じに設定される。
底面１２Ｄには、図示は省略したが、隣接するフィン２６間と同様に、小フィン２６Ａ間に、底面側吸気口２２Ｂが設けられている構成であっても良い。
【００２２】
ヒートシンク２５と、基板３０とは、ケース１１内に収容される前に、まず、ケース１１の外部で、ヒートシンク２５のヒートシンク側基板固定部２５Ａと、基板３０の下部３０Ａと、をねじ等によって固定することで、互いに略Ｌ字状に連結される。ケース１１の外部で略Ｌ字状に連結されたヒートシンク２５と、基板３０とは、ケース本体１２の側面開口部から、レール部１２Ｅ，１２Ｅにヒートシンク２５を、基板レール１２Ｆに基板３０の上端部３２をスライドさせて、ケース１１内に取り付けられる。図３は、基板３０が連結されたヒートシンク２５の平面図である。この図３では、説明の便宜上、基板３０に半導体素子３１のみを実装しているが、基板３０には、後述するように、入力側巻線３２Ａ、出力側巻線３２Ｂ、電流検出用抵抗３３，３３Ａ、電解コンデンサ３４、フィルムコンデンサ３５、半導体素子３１を制御する制御回路３６などの各種回路部品が実装される。
【００２３】
基板３０には、図３に示すように、複数の半導体素子３１が実装される。これらの半導体素子３１は、オン／オフ動作を繰り返す半導体スイッチング素子を含み、発熱が大きい。基板３０に実装される回路部品のうち、少なくとも半導体素子３１は、ヒートシンク本体２７の部品収容室５０側の表面２７Ａに接触させた状態で基板３０に実装され、ヒートシンク２５に熱的に接合されている。この構成によれば、半導体素子３１の発熱をヒートシンク２５に伝熱して、ヒートシンク２５を介して放熱させることにより、半導体素子３１の温度上昇を抑制することができる。
【００２４】
また、ヒートシンク２５の表面２７Ａには、サーマルプロテクタ４０が取り付けられ、このサーマルプロテクタ４０でヒートシンク２５の表面２７Ａの温度を検出している。サーマルプロテクタ４０は、安全制御に用いられ、サーマルプロテクタ４０で検出される表面２７Ａの温度が予め設定されている温度範囲を超えた場合には、スイッチング電源装置１０は強制的にオフされる構成になっている。これにより、スイッチング電源装置１０が、吐出ファン２１の故障等による何らかの不具合から過熱状態になるのを防止することができ、スイッチング電源装置１０の安全性を向上することができる。
【００２５】
ヒートシンク２５には、ヒートシンク本体２７に、部品収容室５０と風路５５に貫通する複数の貫通孔２４が設けられている。これらの貫通孔２４は、ヒートシンク本体２７の幅方向に１列に並べられるとともに、各列を互いに所定間隔を空けて複数列並べられる。また、ヒートシンク本体２７の幅方向に１列に並べられる各貫通孔２４は、裏面２７Ｂに設けられた隣接するフィン２６間に配置されている。貫通孔２４は、ヒートシンク２５をケース１１に取り付けたときに、吸気側に配設される吸気側貫通孔２４Ａと、ケース１１の略中央周辺に配設される中央側貫通孔２４Ｂと、吐出側に配設される吐出側貫通孔２４Ｃとを有する。
【００２６】
吸気側貫通孔２４Ａは、底面１２Ｄに設けられた底面側吸気口２２Ｂの垂直方向からは、ケース１１の内側にずらした位置に形成される。中央側貫通孔２４Ｂは、ケース１１の略中央、及び、ケース１１の略中央と、前述した吸気側貫通孔２４Ａとの略中間位置にヒートシンク本体２７の幅方向に一列に並べて設けられる。吐出側貫通孔２４Ｃは、ヒートシンク本体２７の吐出側に、複数列設けられ、吸気側貫通孔２４Ａ、中央側貫通孔２４Ｂ、吐出側貫通孔２４Ｃの孔数の割合は、それぞれ略３：２：６に設定されている。
【００２７】
図４中に示した矢印は、ケース１１内に導かれる空気の流れ、つまり、ケース１１内の風の流れを示す。図４に示すように、側面側吸気口２２Ａ、及び、底面側吸気口２２Ｂからケース１１内に吸い込まれた空気は、風路５５内をヒートシンク２５の裏面２７Ｂを沿って、吐出側側面板１４に向かって流れる。
ケース１１内は、吐出ファン２１の駆動によって負圧となり、側面側吸気口２２Ａ、及び、底面側吸気口２２Ｂからケース１１内に空気が導かれる。
【００２８】
吐出ファン２１は、ケース１１の部品収容室５０に配置され、ケース１１内に導かれた空気は、風路５５から、ヒートシンク２５に設けられた部品収容室５０と風路５５に貫通する貫通孔２４を通って部品収容室５０に引き込まれる。貫通孔２４は、吸気側貫通孔２４Ａ、中央側貫通孔２４Ｂ、吐出側貫通孔２４Ｃから構成される。吐出側貫通孔２４Ｃの数は、吸気側貫通孔２４Ａ、或いは、中央側貫通孔２４Ｂの数よりも多く設定されるため、吐出側貫通孔２４Ｃの通風抵抗が、吸気側貫通孔２４Ａ、或いは、中央側貫通孔２４Ｂよりも低くなる。これによって、風路５５内に導かれた空気は、一部が吸気側貫通孔２４Ａ、及び、中央側貫通孔２４Ｂを介して部品収容室５０に引き込まれながら、その大半は、通風抵抗の低い吐出側貫通孔２４Ｃの方へと、ヒートシンク２５の裏面２７Ｂに沿って流れて、導かれる。
【００２９】
このように、ケース１１内に側面側吸気口２２Ａ、及び、底面側吸気口２２Ｂから空気を導いて、風路５５内の風をヒートシンク２５の裏面２７Ｂに沿って流すことができ、ヒートシンク２５を空冷によって冷却することで、ヒートシンク２５の表面２７Ａに接触させた状態で基板３０に実装した半導体素子３１からの発熱を効率よく放熱させて、半導体素子３１を冷却することができる。また、半導体素子３１が発した熱をヒートシンク２５を介して吸熱し高温となった風路５５を流れる空気は、吐出側貫通孔２４Ｃを介して部品収容室５０に導かれて、吐出口１７からケース１１の外部に排出される。これにより、半導体素子３１が発した熱を吸熱した高温の空気を、基板３０に実装された回路部品に影響を与えることなくケース１１外に排出することができる。また、半導体素子３１が発した熱を放熱させる役割を果たすヒートシンク２５は、ケース１１の外部にむき出しにされることなく、ケース１１内に収容されるため、高温となるヒートシンク２５に直接手などが触れる心配がなく、スイッチング電源装置１０は、家庭用としても安全に使用することができる。
【００３０】
風路５５内に導かれた空気の一部は、吸気側貫通孔２４Ａ、及び、中央側貫通孔２４Ｂを介して部品収容室５０に引き込まれる。基板３０には、風路５５の吸込み側に入力側巻線３２Ａが設けられる。入力側巻線３２Ａは、コモンモードコイル、及び、昇圧チョッパー用チョークコイルの２種類から構成されている。また、基板３０には、風路５５の吐き出し側に出力側巻線３２Ｂが設けられる。出力側巻線３２Ｂは、降圧チョッパー用チョークコイル、及び、高圧パルス発生用チョークコイルの２種類から構成される。
部品収容室５０に吸気側貫通孔２４Ａを介して風路５５の吸込み側から引き込まれた空気は、基板３０に設けられた入力側巻線３２Ａを空冷によって冷却する。また、部品収容室５０に中央側貫通孔２４Ｂを介して風路５５から引き込まれた空気は、基板３０に設けられた制御回路等を空冷によって冷却する。
【００３１】
この構成によれば、風路５５の吸込み側に設けられたヒートシンク２５の吸気側貫通孔２４Ａから、部品収容室５０に引き込まれた低温の空気で基板３０に設けられた入力側巻線３２Ａ、つまり、電源の１次側の回路部品を冷却するため、半導体素子３１が発した熱を吸熱する前の低温の空気で入力側巻線３２Ａを冷却することができ、少ない風量でも効率よ電源の１次側の回路部品を冷却することができる。
また、ヒートシンク２５の中央側に形成された中央側貫通孔２４Ｂからも空気を風路５５から部品収容室５０に導くため、部品収容室５０を流れる風の風量を風路５５の吐き出し側に向かうにしたがって増やすことができる。これにより、風路５５の吐き出し側に設けられた出力側巻線３２Ｂ（電源の２次側の回路部品）に流す風量を増やすことができ、電源の１次側の回路部品が発した熱を吸熱し空気温度が上昇していても電源の２次側の回路部品を十分に冷却することができる。
【００３２】
ところで、ヒートシンク２５に設けられた部品収容室５０と風路５５に貫通する貫通孔２４を通って、風路５５から部品収容室５０に導かれる空気は、略水平方向に風路５５内を流れる空気に対して、風向きを略９０度変えて、略垂直方向に部品収容室５０に吸引される。底面側吸気口２２Ｂを介してケース１１内に導かれた空気が、吸気側貫通孔２４Ａから部品収容室５０に吸引される場合であっても、吸気側貫通孔２４Ａは、底面側吸気口２２Ｂの垂直方向からずらした位置に形成されるため、底面側吸気口２２Ｂを介してケース１１内に導かれた空気は、風路５５で水平方向に風向が変えられた後に、吸気側貫通孔２４Ａから部品収容室５０に吸引される。
【００３３】
ケース１１内には、側面側吸気口２２Ａ、及び、底面側吸気口２２Ｂを介して周囲から、空気とともに塵埃が浸入する場合がある。ケース１１内に侵入した塵埃が、基板３０に実装された回路部品に付着、或いは、堆積すると、回路部品の過熱や、電気回路のショート等の問題となる場合がある。しかしながら、上述した本実施形態の構成によれば、ヒートシンク２５に設けられた部品収容室５０と風路５５に貫通する貫通孔２４から部品収容室５０に導かれる空気の流れは、風路５５内を流れる空気の流れと風向が変わるため、これらの塵埃が、貫通孔２４を介して部品収容室５０に空気とともに導かれるのを防止することができ、ケース１１内に侵入した塵埃は、回路部品が取り付けられていない風路５５内に蓄積される。これにより、回路部品を実装した基板３０が収容される部品収容室５０に塵埃が浸入し、蓄積することがないため、塵埃の影響（外部要因）によるスイッチング電源装置１０の故障の発生確率を低減することができる。
【００３４】
＜別の実施形態＞
上述の実施形態では、吐出ファン２１をケース１１の部品収容室５０に配置したが、この別の実施形態では、吐出ファン１２１はケース１１１の底面１１２Ｄに取り付けられて、風路５５側に配置されている。
図５は、別の実施形態のスイッチング電源装置１００の構成示す図であり、ケース１１内部の風の流れを模式的に示している。なお、図５では、図１に示すスイッチング電源装置１０と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、図示は省略するが、図３に示したヒートシンク２５の表裏を貫通する貫通孔２４は、この別の実施形態のヒートシンクには設けられてない構成でも良く、その他のスイッチング電源装置１００の内部構造は、図２、図３、及び、図４に示すスイッチング電源装置１０と同様であり、説明は省略する。
【００３５】
この別の実施形態では、吐出口１１７は、ケース１１の底面を形成する底面１１２Ｄに形成される。吐出口１１７は、底面１１２Ｄの、吸気口２２Ｂが形成された一端側１１２Ｅとは反対の他端側１１２Ｆに形成される。風路５５の内部には、吐出口１１７に対向させて吐出ファン１２１が設けられる。吐出ファン１２１の駆動により、風路５５内には、図５（Ａ）に示したように、吸込口２２Ａ，２２Ｂを介して周囲から吸い込まれた空気が、吐出口１１７に向かって流れる風の流れが形成される。この風路５５内を流れる風は、ケース１１内に収容されるヒートシンク２５の裏面２７Ｂ（図２参照）に沿って流れ、ヒートシンク２５の表面２７Ａに接合された半導体素子３１を冷却する。また、吐出口１１７は、底面１１２Ｄに形成された複数の細長孔形状の吹出孔１１７Ａから構成されている。各吹出孔１１７Ａは、短軸の長さが指などが入り込まない大きさ（数ミリ）に設定されている。この構成によれば、吹出口１１７を介して吐出ファン１２１に指などが触れてけがをすることを防止することができる。
【００３６】
例えば、基板３０に実装される回路部品のうち、ヒートシンク２５に接合される回路部品以外の回路部品は耐熱部品により構成される等の理由により、空気をケース１１の部品収容室５０に引き込む必要がない場合には、吐出ファン１２１は、図５に示したように、底面１１２Ｄに形成した吐出口１１７に対向させて風路５５側に配置することができる。この構成によれば、風路５５内をヒートシンク２５の裏面２７Ｂに沿って流れる風で、ヒートシンク２５の表面２７Ａに接合された半導体素子３１を冷却する事ができるとともに、基板３０が収容されたケース１１の部品収容室５０に空気と共に塵埃が浸入するのを防止することができる。
【００３７】
また、吐出口１１７は、例えば、風路５５に対向する位置で、側面板１４に設けることも考えられるが、この場合、風路５５の高さを所定高さに抑えるために、容量の小さな吐出ファンをケース１１の幅方向に複数並べて設ける必要があり、部品点数が増加する。本実施形態では、吐出口１１７を、スイッチング電源装置１００の設置面よりも浮かせて配置される底面１１２Ｄに設けたため、風路５５の高さを大きくすることなく、１つの吐出ファン１２１で十分な容量を得ることができる吐出ファン１２１をこの吐出口１１７に対向させて配設することができる。
【００３８】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態では、吐出口１７，１１７に対向させて吐出ファン２１，１２１をそれぞれ設け風路５５内に空気を引き込んで風を流す構成としたが、これに限らず、送風口にファンを備え、風路５５内に空気を押し込んで風を流す構成であっても良いし、或いは、送風口、及び、吐出口の両方にファンを備える構成であっても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１０、１００ スイッチング電源装置
１１、１１１ ケース
２１ 吐出ファン
２２Ａ、２２Ｂ 吸気口
２５ ヒートシンク
２７Ａ 表面
２７Ｂ 裏面
３０ 基板
３１ 半導体素子（スイッチング素子）
３２Ａ 入力側巻線
３２Ｂ 出力側巻線
５０ 部品収容室
５５ 風路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子と、コイル、或いは／及び、トランスと、を有するスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スイッチング素子と、コイル、或いは／及び、トランスとを含む回路部品を基板に実装して備えるスイッチング電源装置では、複数の放熱フィンを有するヒートシンクを備え、当該ヒートシンクに発熱の大きなスイッチング素子等の回路部品を固定して、この放熱フィンを介して回路部品が発する熱を放熱させている。この種のスイッチング電源装置では、放熱フィンをスイッチング電源装置の外部にむき出しにして外部に放熱することが考えられるが、放熱効率を向上するためにはケースの大型化が避けられない。そのため、スイッチング電源装置の小型化への要求に対応するために、吸気ファン、或いは／及び、吐出ファンを用いてケース内に空気を流して、強制空冷方式により回路部品を冷却すると共に、ケース内の高温の空気を外部に吐出して放熱する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２４３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、吸気ファン、或いは／及び、吐出ファンを用いてケース内に空気を流して、強制空冷方式により回路部品を冷却した場合、吸気ファン、或いは／及び、吐出ファンで、周囲から空気と一緒に微小金属片や埃等の塵埃がスイッチング電源装置内部に吸い込まれて、これらの塵埃がスイッチング電源装置内部にたまりやすくなる。電源内部に微小金属片や埃等の塵埃が蓄積すると、外部要因の故障の発生確率が高くなり、スイッチング電源装置は、短寿命となる可能性があるという問題があった。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、塵埃による影響を低減し、回路部品を効率よく冷却することができるスイッチング電源装置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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、ケース内にコイル、或いは／及び、トランスの入力側巻線、及び、出力側巻線と、前記入力側巻線、出力側巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子と、を含む回路部品を実装した基板を備え、２次側の出力電圧に基づいて前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング電源装置において、前記ケースの内部を部品収容室と風路とに仕切るヒートシンクを備え、前記部品収容室に前記基板を収め、前記回路部品のうち少なくとも前記スイッチング素子を前記ヒートシンクの部品収容室側の表面に接触させた状態で前記基板に実装し、前記風路に沿って風を流し前記ヒートシンクを介して前記スイッチング素子を冷却することを特徴とする。
【０００６】
この構成において、前記ヒートシンクに、前記部品収容室と風路に貫通する貫通孔を設け、前記貫通孔を介して前記風路を流れる風を前記部品収容室に導入し、この導入された風で、前記基板に実装された回路部品を冷却する構成としても良い。また、前記基板には、前記風路の吸込み側に前記入力側巻線を設け、前記風路の吐き出し側に前記出力側巻線を設けた構成としても良い。また、前記ケースの部品収容室に、前記風路に風を流すファンを配置した構成としても良い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ケース内にコイル、或いは／及び、トランスの入力側巻線、及び、出力側巻線と、前記入力側巻線、出力側巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子と、を含む回路部品を実装した基板を備え、２次側の出力電圧に基づいて前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング電源装置において、前記ケースの内部を部品収容室と風路とに仕切るヒートシンクを備え、前記部品収容室に前記基板を収め、前記回路部品のうち少なくとも前記スイッチング素子を前記ヒートシンクの部品収容室側の表面に接触させた状態で前記基板に実装し、前記風路に沿って風を流し前記ヒートシンクを介して前記スイッチング素子を冷却するため、ヒートシンクを風路を流れる風で冷却して、ヒートシンクの部品収容室側の表面に接触するスイッチング素子を効率よく放熱させることができると共に、ヒートシンクでケースの部品収容室側と、風路と、を仕切ることができるため、回路部品を実装した基板が収容されるケースの部品収容室側へ塵埃が入り込むのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るスイッチング電源装置の構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は下面図、（Ｅ）は平面図である。
【図２】スイッチング電源装置の内部構成を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は吸気側側面板を破線で示した透視図である。
【図３】ヒートシンクの平面図である。
【図４】ケース内部の風の流れを示す断面図である。
【図５】別の実施形態のスイッチング電源装置の構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は下面図、（Ｅ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態に係るスイッチング電源装置１０の構成を示す図であり、図１（Ａ）は、スイッチング電源装置１０の正面図、図１（Ｂ）は、スイッチング電源装置１０の左側面図、図１（Ｃ）は、スイッチング電源装置１０の右側面図、図１（Ｄ）は、スイッチング電源装置１０の下面図である。スイッチング電源装置１０は、詳細については後述するが、入力側巻線３２Ａ、及び、出力側巻線３２Ｂを有するコイル、或いは／及び、トランスと、コイル、或いは／及び、トランスの入力側巻線３２Ａ、出力側巻線３２Ｂに流れる電流を制御する半導体素子（スイッチング素子）３１と、を備える。スイッチング電源装置１０は、２次側の出力電圧に基づいて、半導体素子３１のスイッチングを制御して、入力された電力を、入力側巻線３２Ａ、及び、出力側巻線３２Ｂから構成されるコイル、或いは／及び、トランスで電力変換する電力変換装置であり、例えば、放電灯点灯装置として好適に用いることができる。
【００１０】
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）に示すように、スイッチング電源装置１０は、略筒形のケース１１を備え、ケース１１は、アルミ材により形成されるケース本体１２、側面板１３，１４から構成される。ケース本体１２は、ケース１１の前面１２Ａ、背面１２Ｂ、天面１２Ｃ、及び、底面１２Ｄを形成する。ケース１１は、ケース本体１２によって、左右に開口する略筒状に形成され、この左右の開口を塞ぐように、側面板１３，１４が取り付けられる。
【００１１】
ケース本体１２の前面１２Ａ、及び、背面１２Ｂには、ケース本体１２の長さＬ方向に亘って複数の凹部１６Ａ、凸部１６Ｂが上下に並べられている。凹部１６Ａ、及び、凸部１６Ｂは放熱フィンの役割を果たし、ケース本体１２は、これらの凹部１６Ａ、及び、凸部１６Ｂによって表面積が広くなるため、ケース本体１２を介してケース１１内部の熱をケース１１の外部に放熱し易い構成となっている。
【００１２】
側面板１３，１４の高さ寸法Ｈ２は、ケース本体１２の高さ寸法Ｈ１よりも大きく形成される。また、側面板１３，１４の下端は略Ｌ字状に折り曲げられて脚部１３Ａ，１４Ａが形成される。スイッチング電源装置１０は、ケース１１の各側面にそれぞれ取付られた側面板１３，１４の脚部１３Ａ，１４Ａが、任意の設置面に載置されて設置される。スイッチング電源装置１０は、底面１２Ｄが、設置面から側面板１３，１４の高さ寸法Ｈ２と、ケース本体１２の高さ寸法Ｈ１の差分だけ浮いた状態で設置される。
【００１３】
ケース１１の一方の側面を形成する側面板１３には、図１（Ｃ）に示すように、スイッチング電源装置１０をオン／オフする電源スイッチ１８Ａと、電源を接続するインプット側接続器１８Ｂと、スイッチング電源装置１０で変換された電力を対象機器へと供給する配線を接続するアウトプット側接続器１８Ｃと、が備えられる。また、側面板１３には、ケース１１内に周囲の空気を導入するための側面側吸気口２２Ａが形成される。側面側吸気口２２Ａは、縦長楕円形状に形成されて、側面板１３の下部に、ケース１１の幅Ｗ方向に複数並べて設けられる。
【００１４】
ケース１１の他方の側面を形成する側面板１４には、図１（Ｂ）に示すように、ケース１１内の空気をケース１１の外部に吐き出すための吐出口１７が、側面板１４の略中央に形成されている。側面板１４には、吐出口１７に対向させて吐出ファン２１が取り付けられ、この吐出ファン２１の駆動によって、ケース１１内の空気が吐出側側面板１４に設けられた吐出口１７から吐き出されると共に、負圧によって、吸気側側面板１３に形成された側面側吸気口２２Ａを介してケース１１の周囲から空気がケース１１内に導かれる。吐出口１７は、底面１２Ｄに形成された複数の細長孔形状の吹出孔１７Ａから構成されている。各吹出孔１７Ａは、短軸の長さが指などが入り込まない大きさ（数ミリ）に設定されている。この構成によれば、吹出口１７を介して吐出ファン２１に指などが触れてけがをすることを防止することができる。
【００１５】
底面１２Ｄには、図１（Ｄ）に示すように、吸気側側面板１３側の端部に、縦長楕円形状の底面側吸気口２２Ｂが、ケース１１の幅Ｗ方向に複数並べて設けられる。底面１２Ｄは、前述したように、スイッチング電源装置１０が設置された状態で、設置面から側面板１３，１４の高さ寸法Ｈ２と、ケース本体１２の高さ寸法Ｈ１の差分だけ浮いた状態となり、底面側吸気口２２Ｂからもケース１１の周囲から空気を吸い込んで、ケース１１内に導入することができる。
【００１６】
図２（Ａ）に示すように、スイッチング電源装置１０は、ケース１１内に、回路部品を実装した基板３０と、ケース１１の内部を部品収容室５０と風路５５とに仕切るヒートシンクと、を備える。部品収容室５０には、基板３０が収められている。基板３０は、ケース１１の前面１２Ａ、及び、背面１２Ｂと略平行に、ケース１１の長さＬ（図１参照）方向に沿って配置される。基板３０は、背面１２Ｂから所定の絶縁距離分だけ離した位置で、背面１２Ｂ側に寄せて配設される。ヒートシンク２５は、ケース１１の下部側に、基板３０と略直角にケース１１の長さＬ方向（図１参照）に沿って配置される。ケース１１内には、基板３０の他に複数枚の基板が収容される構成でも良く、すくなくとも、ヒートシンク２５と略直角に配置される基板３０には、ヒートシンク２５に実装される後述の半導体素子３１が実装されている。
【００１７】
ヒートシンク２５は、熱伝導率が高く、軽量なアルミ材から形成され、幅寸法Ｗ２は、ケース１１の内側寸法Ｗ１と略同じに形成される。ヒートシンク２５は、ヒートシンク本体２７と、ヒートシンク本体２７から幅方向に両外側に向かって延びる、腕部２８Ａ，２８Ｂと、を備える。腕部２８Ａ，２８Ｂは、ヒートシンク本体２７の長さ方向に亘って形成される。腕部２８Ａ，２８Ｂの端部には嵌合部２９Ａ，２９Ｂがそれぞれ形成される。
この構成によれば、ケース１１、及び、ヒートシンク２５を軽量なアルミ材から形成することができるため、スイッチング電源装置１０の質量を軽くすることができる。
【００１８】
ケース１１は、ケース本体１２の前面１２Ａ、及び、背面１２Ｂの内壁に、ケース１１の長さ方向に亘ってケース本体１２と一体に形成された一対のレール部１２Ｅ，１２Ｅを備える。レール部１２Ｅ，１２Ｅは、前面１２Ａ、及び、背面１２Ｂから、ケース１１内側に向かって略コの字上に形成され、ケース本体１２の両側面側に開放されたレールである。ヒートシンク２５は、レール部１２Ｅ，１２Ｅに腕部２８Ａ，２８Ｂの端部に形成された嵌合部２９Ａ，２９Ｂを嵌合させて、ケース本体１２の側面側からスライドさせて、ケース本体１２に取り付けることができる。また、腕部２８Ａ，２８Ｂには、ヒートシンク２５を側面板１３，１４にねじ等で固定するための固定部２８Ｃ，２８Ｃが形成されている。
【００１９】
ケース１１の内部には、このヒートシンク２５と、底面１２Ｄとの間に、ケース１１の部品収容室５０からヒートシンク２５によって仕切られた空間である風路５５が形成される。ヒートシンク２５は、ヒートシンク本体２７の風路５５側に対向する面である裏面２７Ｂに複数のフィン２６を備える。フィン２６は、ヒートシンク本体２７の長さ方向に亘って設けられ、ヒートシンク本体２７の裏面２７Ｂは、これらのフィン２６により表面積が広くなる。図２（Ｂ）は、スイッチング電源装置１０の透視図であり、説明の便宜上、吸気側側面板１３を破線で示した図である。図２（Ｂ）に示すように、吸気側側面板１３に形成された側面側吸気口２２Ａは、高さ寸法Ｈ３が、ヒートシンク本体２７の裏面２７Ｂと底面１２Ｄとの離間距離と略同じに設定されている。また、側面側吸気口２２Ａは、互いに隣接するフィン２６間に配置されている、幅寸法Ｗ３が、互いに隣接するフィン２６間の離間距離と略同じに設定される。これらの構成によれば、側面側吸気口２２Ａからケース１１内に導入した空気を、裏面２７Ｂに沿って、フィン２６が通風抵抗となることなく、風路を流すことができ、効率よくヒートシンク２５を冷却することができる。また、側面側吸気口２２Ａからケース１１内に導かれた空気が、風路５５ではなく、部品収容室５０に側面側吸気口２２Ａから直接導かれるのを防ぐことができる。
【００２０】
また、図示は省略したが、脚部１３Ａ，１４Ａによって、スイッチング電源装置１０の設置面から浮いた状態で配設された底面１２Ｄに設けられた底面側吸気口２２Ｂは、側面側吸気口２２Ａと同様に、互いに隣接するフィン２６間に配置されるとともに、幅寸法が、互いに隣接するフィン２６間の離間距離と略同じに設定される。
ケース１１の背面１２Ｂ側に延びる腕部２８Ｂには、ヒートシンク２５に基板３０の下部３０Ａをねじ等で固定するためのヒートシンク側基板固定部２５Ａが設けられる。また、ケース本体１２の天面１２Ｃには、ケース１１の部品収容室５０に向かって形成された基板レール１２Ｆが設けられる。基板３０は、この基板レール１２Ｆに上端部３２が嵌合し、ヒートシンク側基板固定部２５Ａに下部３０Ａがねじ等によって固定されてケース１１内に収容される。
【００２１】
また、ヒートシンク２５は、腕部２８Ｂに、風路５５側に形成された小フィン２６Ａを備える構成であっても良い。腕部２８Ｂは、基板３０を固定するために腕部２８Ａよりも大きく形成されている。小フィン２６Ａにより、腕部２８Ｂの風路５５側の表面積が広くなるため、腕部２８Ｂと底面１２Ｄとの間の風路５５を流れる風を有効的に利用して、ヒートシンク２５の冷却効率を向上することができる。
吸気側側面板１３には、この小フィン２６Ａに対応する小吸気口２２Ｃが形成される。小吸気口２２Ｃは、高さ寸法Ｈ４が、腕部２８Ｂの風路５５側の面と底面１２Ｄとの離間距離と略同じに設定されている。また、小吸気口２２Ｃは、隣接する小フィン２６Ａ間に配置され、幅寸法Ｗ４が、互いに隣接する小フィン２６Ａ間の離間距離と略同じに設定される。
底面１２Ｄには、図示は省略したが、隣接するフィン２６間と同様に、小フィン２６Ａ間に、底面側吸気口２２Ｂが設けられている構成であっても良い。
【００２２】
ヒートシンク２５と、基板３０とは、ケース１１内に収容される前に、まず、ケース１１の外部で、ヒートシンク２５のヒートシンク側基板固定部２５Ａと、基板３０の下部３０Ａと、をねじ等によって固定することで、互いに略Ｌ字状に連結される。ケース１１の外部で略Ｌ字状に連結されたヒートシンク２５と、基板３０とは、ケース本体１２の側面開口部から、レール部１２Ｅ，１２Ｅにヒートシンク２５を、基板レール１２Ｆに基板３０の上端部３２をスライドさせて、ケース１１内に取り付けられる。図３は、基板３０が連結されたヒートシンク２５の平面図である。この図３では、説明の便宜上、基板３０に半導体素子３１のみを実装しているが、基板３０には、後述するように、入力側巻線３２Ａ、出力側巻線３２Ｂ、電流検出用抵抗３３，３３Ａ、電解コンデンサ３４、フィルムコンデンサ３５、半導体素子３１を制御する制御回路３６などの各種回路部品が実装される。
【００２３】
基板３０には、図３に示すように、複数の半導体素子３１が実装される。これらの半導体素子３１は、オン／オフ動作を繰り返す半導体スイッチング素子を含み、発熱が大きい。基板３０に実装される回路部品のうち、少なくとも半導体素子３１は、ヒートシンク本体２７の部品収容室５０側の表面２７Ａに接触させた状態で基板３０に実装され、ヒートシンク２５に熱的に接合されている。この構成によれば、半導体素子３１の発熱をヒートシンク２５に伝熱して、ヒートシンク２５を介して放熱させることにより、半導体素子３１の温度上昇を抑制することができる。
【００２４】
また、ヒートシンク２５の表面２７Ａには、サーマルプロテクタ４０が取り付けられ、このサーマルプロテクタ４０でヒートシンク２５の表面２７Ａの温度を検出している。サーマルプロテクタ４０は、安全制御に用いられ、サーマルプロテクタ４０で検出される表面２７Ａの温度が予め設定されている温度範囲を超えた場合には、スイッチング電源装置１０は強制的にオフされる構成になっている。これにより、スイッチング電源装置１０が、吐出ファン２１の故障等による何らかの不具合から過熱状態になるのを防止することができ、スイッチング電源装置１０の安全性を向上することができる。
【００２５】
ヒートシンク２５には、ヒートシンク本体２７に、部品収容室５０と風路５５に貫通する複数の貫通孔２４が設けられている。これらの貫通孔２４は、ヒートシンク本体２７の幅方向に１列に並べられるとともに、各列を互いに所定間隔を空けて複数列並べられる。また、ヒートシンク本体２７の幅方向に１列に並べられる各貫通孔２４は、裏面２７Ｂに設けられた隣接するフィン２６間に配置されている。貫通孔２４は、ヒートシンク２５をケース１１に取り付けたときに、吸気側に配設される吸気側貫通孔２４Ａと、ケース１１の略中央周辺に配設される中央側貫通孔２４Ｂと、吐出側に配設される吐出側貫通孔２４Ｃとを有する。
【００２６】
吸気側貫通孔２４Ａは、底面１２Ｄに設けられた底面側吸気口２２Ｂの垂直方向からは、ケース１１の内側にずらした位置に形成される。中央側貫通孔２４Ｂは、ケース１１の略中央、及び、ケース１１の略中央と、前述した吸気側貫通孔２４Ａとの略中間位置にヒートシンク本体２７の幅方向に一列に並べて設けられる。吐出側貫通孔２４Ｃは、ヒートシンク本体２７の吐出側に、複数列設けられ、吸気側貫通孔２４Ａ、中央側貫通孔２４Ｂ、吐出側貫通孔２４Ｃの孔数の割合は、それぞれ略３：２：６に設定されている。
【００２７】
図４中に示した矢印は、ケース１１内に導かれる空気の流れ、つまり、ケース１１内の風の流れを示す。図４に示すように、側面側吸気口２２Ａ、及び、底面側吸気口２２Ｂからケース１１内に吸い込まれた空気は、風路５５内をヒートシンク２５の裏面２７Ｂを沿って、吐出側側面板１４に向かって流れる。
ケース１１内は、吐出ファン２１の駆動によって負圧となり、側面側吸気口２２Ａ、及び、底面側吸気口２２Ｂからケース１１内に空気が導かれる。
【００２８】
吐出ファン２１は、ケース１１の部品収容室５０に配置され、ケース１１内に導かれた空気は、風路５５から、ヒートシンク２５に設けられた部品収容室５０と風路５５に貫通する貫通孔２４を通って部品収容室５０に引き込まれる。貫通孔２４は、吸気側貫通孔２４Ａ、中央側貫通孔２４Ｂ、吐出側貫通孔２４Ｃから構成される。吐出側貫通孔２４Ｃの数は、吸気側貫通孔２４Ａ、或いは、中央側貫通孔２４Ｂの数よりも多く設定されるため、吐出側貫通孔２４Ｃの通風抵抗が、吸気側貫通孔２４Ａ、或いは、中央側貫通孔２４Ｂよりも低くなる。これによって、風路５５内に導かれた空気は、一部が吸気側貫通孔２４Ａ、及び、中央側貫通孔２４Ｂを介して部品収容室５０に引き込まれながら、その大半は、通風抵抗の低い吐出側貫通孔２４Ｃの方へと、ヒートシンク２５の裏面２７Ｂに沿って流れて、導かれる。
【００２９】
このように、ケース１１内に側面側吸気口２２Ａ、及び、底面側吸気口２２Ｂから空気を導いて、風路５５内の風をヒートシンク２５の裏面２７Ｂに沿って流すことができ、ヒートシンク２５を空冷によって冷却することで、ヒートシンク２５の表面２７Ａに接触させた状態で基板３０に実装した半導体素子３１からの発熱を効率よく放熱させて、半導体素子３１を冷却することができる。また、半導体素子３１が発した熱をヒートシンク２５を介して吸熱し高温となった風路５５を流れる空気は、吐出側貫通孔２４Ｃを介して部品収容室５０に導かれて、吐出口１７からケース１１の外部に排出される。これにより、半導体素子３１が発した熱を吸熱した高温の空気を、基板３０に実装された回路部品に影響を与えることなくケース１１外に排出することができる。また、半導体素子３１が発した熱を放熱させる役割を果たすヒートシンク２５は、ケース１１の外部にむき出しにされることなく、ケース１１内に収容されるため、高温となるヒートシンク２５に直接手などが触れる心配がなく、スイッチング電源装置１０は、家庭用としても安全に使用することができる。
【００３０】
風路５５内に導かれた空気の一部は、吸気側貫通孔２４Ａ、及び、中央側貫通孔２４Ｂを介して部品収容室５０に引き込まれる。基板３０には、風路５５の吸込み側に入力側巻線３２Ａが設けられる。入力側巻線３２Ａは、コモンモードコイル、及び、昇圧チョッパー用チョークコイルの２種類から構成されている。また、基板３０には、風路５５の吐き出し側に出力側巻線３２Ｂが設けられる。出力側巻線３２Ｂは、降圧チョッパー用チョークコイル、及び、高圧パルス発生用チョークコイルの２種類から構成される。
部品収容室５０に吸気側貫通孔２４Ａを介して風路５５の吸込み側から引き込まれた空気は、基板３０に設けられた入力側巻線３２Ａを空冷によって冷却する。また、部品収容室５０に中央側貫通孔２４Ｂを介して風路５５から引き込まれた空気は、基板３０に設けられた制御回路等を空冷によって冷却する。
【００３１】
この構成によれば、風路５５の吸込み側に設けられたヒートシンク２５の吸気側貫通孔２４Ａから、部品収容室５０に引き込まれた低温の空気で基板３０に設けられた入力側巻線３２Ａ、つまり、電源の１次側の回路部品を冷却するため、半導体素子３１が発した熱を吸熱する前の低温の空気で入力側巻線３２Ａを冷却することができ、少ない風量でも効率よ電源の１次側の回路部品を冷却することができる。
また、ヒートシンク２５の中央側に形成された中央側貫通孔２４Ｂからも空気を風路５５から部品収容室５０に導くため、部品収容室５０を流れる風の風量を風路５５の吐き出し側に向かうにしたがって増やすことができる。これにより、風路５５の吐き出し側に設けられた出力側巻線３２Ｂ（電源の２次側の回路部品）に流す風量を増やすことができ、電源の１次側の回路部品が発した熱を吸熱し空気温度が上昇していても電源の２次側の回路部品を十分に冷却することができる。
【００３２】
ところで、ヒートシンク２５に設けられた部品収容室５０と風路５５に貫通する貫通孔２４を通って、風路５５から部品収容室５０に導かれる空気は、略水平方向に風路５５内を流れる空気に対して、風向きを略９０度変えて、略垂直方向に部品収容室５０に吸引される。底面側吸気口２２Ｂを介してケース１１内に導かれた空気が、吸気側貫通孔２４Ａから部品収容室５０に吸引される場合であっても、吸気側貫通孔２４Ａは、底面側吸気口２２Ｂの垂直方向からずらした位置に形成されるため、底面側吸気口２２Ｂを介してケース１１内に導かれた空気は、風路５５で水平方向に風向が変えられた後に、吸気側貫通孔２４Ａから部品収容室５０に吸引される。
【００３３】
ケース１１内には、側面側吸気口２２Ａ、及び、底面側吸気口２２Ｂを介して周囲から、空気とともに塵埃が浸入する場合がある。ケース１１内に侵入した塵埃が、基板３０に実装された回路部品に付着、或いは、堆積すると、回路部品の過熱や、電気回路のショート等の問題となる場合がある。しかしながら、上述した本実施形態の構成によれば、ヒートシンク２５に設けられた部品収容室５０と風路５５に貫通する貫通孔２４から部品収容室５０に導かれる空気の流れは、風路５５内を流れる空気の流れと風向が変わるため、これらの塵埃が、貫通孔２４を介して部品収容室５０に空気とともに導かれるのを防止することができ、ケース１１内に侵入した塵埃は、回路部品が取り付けられていない風路５５内に蓄積される。これにより、回路部品を実装した基板３０が収容される部品収容室５０に塵埃が浸入し、蓄積することがないため、塵埃の影響（外部要因）によるスイッチング電源装置１０の故障の発生確率を低減することができる。
【００３４】
＜別の実施形態＞
上述の実施形態では、吐出ファン２１をケース１１の部品収容室５０に配置したが、この別の実施形態では、吐出ファン１２１はケース１１１の底面１１２Ｄに取り付けられて、風路５５側に配置されている。
図５は、別の実施形態のスイッチング電源装置１００の構成示す図であり、ケース１１内部の風の流れを模式的に示している。なお、図５では、図１に示すスイッチング電源装置１０と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、図示は省略するが、図３に示したヒートシンク２５の表裏を貫通する貫通孔２４は、この別の実施形態のヒートシンクには設けられてない構成でも良く、その他のスイッチング電源装置１００の内部構造は、図２、図３、及び、図４に示すスイッチング電源装置１０と同様であり、説明は省略する。
【００３５】
この別の実施形態では、吐出口１１７は、ケース１１の底面を形成する底面１１２Ｄに形成される。吐出口１１７は、底面１１２Ｄの、吸気口２２Ｂが形成された一端側１１２Ｅとは反対の他端側１１２Ｆに形成される。風路５５の内部には、吐出口１１７に対向させて吐出ファン１２１が設けられる。吐出ファン１２１の駆動により、風路５５内には、図５（Ａ）に示したように、吸込口２２Ａ，２２Ｂを介して周囲から吸い込まれた空気が、吐出口１１７に向かって流れる風の流れが形成される。この風路５５内を流れる風は、ケース１１内に収容されるヒートシンク２５の裏面２７Ｂ（図２参照）に沿って流れ、ヒートシンク２５の表面２７Ａに接合された半導体素子３１を冷却する。また、吐出口１１７は、底面１１２Ｄに形成された複数の細長孔形状の吹出孔１１７Ａから構成されている。各吹出孔１１７Ａは、短軸の長さが指などが入り込まない大きさ（数ミリ）に設定されている。この構成によれば、吹出口１１７を介して吐出ファン１２１に指などが触れてけがをすることを防止することができる。
【００３６】
例えば、基板３０に実装される回路部品のうち、ヒートシンク２５に接合される回路部品以外の回路部品は耐熱部品により構成される等の理由により、空気をケース１１の部品収容室５０に引き込む必要がない場合には、吐出ファン１２１は、図５に示したように、底面１１２Ｄに形成した吐出口１１７に対向させて風路５５側に配置することができる。この構成によれば、風路５５内をヒートシンク２５の裏面２７Ｂに沿って流れる風で、ヒートシンク２５の表面２７Ａに接合された半導体素子３１を冷却する事ができるとともに、基板３０が収容されたケース１１の部品収容室５０に空気と共に塵埃が浸入するのを防止することができる。
【００３７】
また、吐出口１１７は、例えば、風路５５に対向する位置で、側面板１４に設けることも考えられるが、この場合、風路５５の高さを所定高さに抑えるために、容量の小さな吐出ファンをケース１１の幅方向に複数並べて設ける必要があり、部品点数が増加する。本実施形態では、吐出口１１７を、スイッチング電源装置１００の設置面よりも浮かせて配置される底面１１２Ｄに設けたため、風路５５の高さを大きくすることなく、１つの吐出ファン１２１で十分な容量を得ることができる吐出ファン１２１をこの吐出口１１７に対向させて配設することができる。
【００３８】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態では、吐出口１７，１１７に対向させて吐出ファン２１，１２１をそれぞれ設け風路５５内に空気を引き込んで風を流す構成としたが、これに限らず、送風口にファンを備え、風路５５内に空気を押し込んで風を流す構成であっても良いし、或いは、送風口、及び、吐出口の両方にファンを備える構成であっても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１０、１００ スイッチング電源装置
１１、１１１ ケース
２１ 吐出ファン
２２Ａ、２２Ｂ 吸気口
２５ ヒートシンク
２７Ａ 表面
２７Ｂ 裏面
３０ 基板
３１ 半導体素子（スイッチング素子）
３２Ａ 入力側巻線
３２Ｂ 出力側巻線
５０ 部品収容室
５５ 風路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内にコイル、或いは／及び、トランスの入力側巻線、及び、出力側巻線と、前記入力側巻線、出力側巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子と、を含む回路部品を実装した基板を備え、２次側の出力電圧に基づいて前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング電源装置において、
前記ケースの内部を部品収容室と風路とに仕切るヒートシンクを備え、
前記部品収容室に前記基板を収め、前記回路部品のうち少なくとも前記スイッチング素子を前記ヒートシンクの部品収容室側の表面に接触させた状態で前記基板に実装し、
前記風路に沿って風を流し前記ヒートシンクを介して前記スイッチング素子を冷却することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記ヒートシンクに、前記部品収容室と風路に貫通する貫通孔を設け、前記貫通孔を介して前記風路を流れる風を前記部品収容室に導入し、この導入された風で、前記基板に実装された回路部品を冷却することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記基板には、前記風路の吸込み側に前記入力側巻線を設け、前記風路の吐き出し側に前記出力側巻線を設けたことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記ケースの部品収容室に、前記風路に風を流すファンを配置したことを特徴とする請求項１又は３に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１】
ケース内にコイル、或いは／及び、トランスの入力側巻線、及び、出力側巻線と、前記入力側巻線、出力側巻線に流れる電流を制御するスイッチング素子と、を含む回路部品を実装した基板を備え、２次側の出力電圧に基づいて前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング電源装置において、
前記ケースの内部を部品収容室と風路とに仕切るヒートシンクを備え、
前記部品収容室に前記基板を収め、前記回路部品のうち少なくとも前記スイッチング素子を前記ヒートシンクの部品収容室側の表面に接触させた状態で前記基板に実装し、
前記風路に沿って風を流し前記ヒートシンクを介して前記スイッチング素子を冷却することを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項２】
前記ヒートシンクに、前記部品収容室と風路に貫通する貫通孔を設け、前記貫通孔を介して前記風路を流れる風を前記部品収容室に導入し、この導入された風で、前記基板に実装された回路部品を冷却することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
前記基板には、前記風路の吸込み側に前記入力側巻線を設け、前記風路の吐き出し側に前記出力側巻線を設けたことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記ケースの部品収容室に、前記風路に風を流すファンを配置したことを特徴とする請求項１又は３に記載のスイッチング電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２７２４７（Ｐ２０１３−２７２４７Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２４０３（Ｐ２０１１−１６２４０３）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００１２６２７４）株式会社アイ・ライティング・システム (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００１２６２７４）株式会社アイ・ライティング・システム (56)
【Ｆターム（参考）】
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