JP2014048913A - Power unit used for electronic computer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電子計算機に用いられる電源装置の形状に関するものである。 The present invention relates to the shape of a power supply device used in an electronic computer.
電子計算機に用いられる電源装置として、コネクタを差し込むだけで電気的な接続と機械的な接続を同時に完了する製品は使い勝手が優れているため非常に多く知られている。たとえば一般的なACアダプタは変圧器や整流器とプラグが一体化しているため、商用電源のコンセントに差し込むだけで電気的な接続と機械的な接続が同時に行われる。これらは、装置を保持する役目と,その装置と構造的に組合わされている相手方部品を通じて電気的接続をする役目を果たしている、特にその装置を支持するために適合した嵌合装置を備えていることに特徴がある。 As a power supply device used in an electronic computer, a product that completes electrical connection and mechanical connection at the same time by simply inserting a connector is very well known because of its excellent usability. For example, in a general AC adapter, a transformer, a rectifier, and a plug are integrated, so that an electrical connection and a mechanical connection can be made at the same time by simply plugging into a power outlet. They serve to hold the device and serve to make an electrical connection through a mating part that is structurally associated with the device, particularly with a fitting device adapted to support the device There is a special feature.
特許文献1には、より複雑な集積回路を搭載した通信機能モジュールへの電源供給を上記の発想で扱い、機械的接続と電気的接続を兼用することで利便性を高めたシリアルアダプタが開示されている。 Patent Document 1 discloses a serial adapter that handles power supply to a communication function module equipped with a more complicated integrated circuit based on the above-mentioned concept and improves convenience by combining mechanical connection and electrical connection. ing.
ところで近年電子回路の高度化がすすみ、電源への要求は複雑化・高度化が進んでいる。このような高度な電源モジュールの取り扱い着脱を容易にするために細部の構造を工夫することが求められている。典型的な形態としては、特許文献2に開示されているように、電源モジュールのコネクターをあらかじめヒートシンク部分と固定しておくことで、コネクターと同時に着脱できるような、コネクターと一体化した電源モジュールが挙げられる。 By the way, in recent years, electronic circuits have become more sophisticated, and the demand for power supplies has become more complex and sophisticated. It is required to devise a detailed structure in order to facilitate handling and detachment of such advanced power supply modules. As a typical form, as disclosed in Patent Document 2, there is a power module integrated with a connector that can be attached and detached simultaneously with the connector by fixing the power module connector to the heat sink part in advance. Can be mentioned.
デスクトップ型の電子計算機ににおいても、電源への要求は複雑化・高度化が進んでいる分野である。
近年安価に販売されているありふれた一般的なパソコンであっても、内部の半導体回路は同時に複数の電圧の電源を要求するため、送電に必要な導体の本数は増える一方である。そのうえ、最新の高性能半導体が要求する電源は大電力かつ低圧であるため電流が大きく、同一装置内といえども長い距離の送電は難しい。そのため商用電源からいったん直流の中間電圧、たとえば12Vを生成し、これを半導体の実装された部位の近くで必要な低圧、たとえば3Vであるとか1Vのような電圧に降圧することが一般的になってきた。
Even in a desktop computer, the demand for a power source is an increasingly complex and sophisticated field.
Even in the case of a common personal computer sold at a low price in recent years, the number of conductors required for power transmission is increasing because the internal semiconductor circuit requires a plurality of voltage power supplies at the same time. In addition, the power source required by the latest high-performance semiconductors is high power and low voltage, so the current is large and it is difficult to transmit power over long distances even within the same device. For this reason, it is common to generate a DC intermediate voltage, for example, 12V from a commercial power source, and step it down to a necessary low voltage, for example, 3V or 1V, near the portion where the semiconductor is mounted. I came.
非特許文献1
では、電力を消費する半導体の実装された基板に受電用のコネクタを用意しておき、そこにコネクタと一体化した電圧変換回路を差し込むことで機械的接続と電気的接続を同時に完了する構造が開示されており、当時販売されていたパソコンの多くでこのような形態の製品が用いられていた。
このように低圧の電力を負荷近傍で生成する電源構成はPOL(Point Of Load)電源という一般名称で呼ばれている。
Non-patent document 1
Then, a connector for receiving power is prepared on a board on which a semiconductor that consumes power is mounted, and a voltage conversion circuit integrated with the connector is inserted therein to complete mechanical connection and electrical connection at the same time. Many of the personal computers disclosed at that time used such a product.
A power supply configuration that generates low-voltage power in the vicinity of the load in this way is called a general name POL (Point Of Load) power supply.
ところでデスクトップ型のパソコンでは、非特許文献2の33頁で開示されているような、12V以外に5V、3.3V、−12Vを供給する、ATX仕様とよばれる受電コネクタが用いられている。 By the way, the desktop personal computer uses a power receiving connector called ATX specification that supplies 5V, 3.3V, and -12V in addition to 12V, as disclosed on page 33 of Non-Patent Document 2.
このATX規格とよばれる受電コネクタに装着するコネクタについて、コネクタと堅固に一体化した電圧変換回路、特に機械的に完全に固着したリジッド構造のものが市販されている。その典型的なものは特許文献3に開示されている。これによれば、電磁的な放射ノイズの少ない電源回路を構成することができる。 Regarding a connector to be attached to a power receiving connector called the ATX standard, a voltage conversion circuit firmly integrated with the connector, particularly a rigid structure that is mechanically completely fixed is commercially available. A typical example is disclosed in Patent Document 3. According to this, a power supply circuit with little electromagnetic radiation noise can be configured.
また非特許文献3には別の形状の、コネクタと堅固に一体化した電圧変換回路の市販製品が開示されている。 Non-Patent Document 3 discloses a commercial product of another shape of a voltage conversion circuit that is firmly integrated with a connector.
電源ではないが、コネクタ内部に抵抗器などの電子部品から構成される回路を内蔵した構造が特許文献4に開示されている。 Although not a power source, Patent Document 4 discloses a structure in which a circuit composed of electronic components such as resistors is built in a connector.
また、発明者は特許文献5を出願している。 The inventor has applied for Patent Document 5.
非特許文献4のような製品が製造販売されている。 Products such as Non-Patent Document 4 are manufactured and sold.
特許文献5で触れたように、電子計算機の主基板、特にATX仕様で定められたコネクタによって、電気的接続と機械的接続を兼用する電力変換装置は、力学的・形状的に信頼感のあるデザインが要求される一方、電気的な機能性・信頼性を確保する必要があるという課題をかかえている。 As mentioned in Patent Document 5, a power converter that combines electrical and mechanical connections with a main board of an electronic computer, particularly a connector defined in the ATX specification, is mechanically and formally reliable. While design is required, it has the problem of ensuring electrical functionality and reliability.
たとえば非特許文献3に開示されている製品は、全長61mmに及ぶ基板が、その端に装着されたコネクタのみによって支持されている。そのうえ受電コネクタなどが逆側に存在するため、作業中に引っかかるなど理由で受電側の電線に加わった力は、全長61mmに及ぶ梃子によって増幅されてコネクタ部分に伝達されてしまう。大きい基板は放熱や雑音対策に有利であるため電気的な機能性・信頼性を保てるが、力学的・形状的に課題を抱えているのである。 For example, in the product disclosed in Non-Patent Document 3, a board having a total length of 61 mm is supported only by a connector attached to the end thereof. In addition, since the power receiving connector or the like exists on the opposite side, the force applied to the power receiving side electric wire due to being caught during work is amplified by the insulator having a total length of 61 mm and transmitted to the connector portion. Large substrates are advantageous for heat dissipation and noise suppression, so they can maintain electrical functionality and reliability, but they have mechanical and shape problems.
また、非特許文献3と同一グループは、特許文献3において同様に剛性の高い金属性の結合部位を半田で溶接することによって、通常の力によって変形しない、堅固に一体化された構造として信頼感のあるデザインを実現しているが、その反面、柔軟性のない基板に接点を堅固に固定してしまうため、半田付け時の実装ずれ、熱膨張、基板の吸湿といった要因で発生したストレスによって、電気的な信頼性を損なう可能性を内在しているる。また、非特許文献3の製品と比較して形状が小さく、放熱に不利である。 In addition, the same group as in Non-Patent Document 3 is reliable as a solid integrated structure that is not deformed by a normal force by welding a highly rigid metallic joint portion with solder similarly in Patent Document 3. However, on the other hand, since the contact is firmly fixed to the inflexible board, due to stress caused by mounting misalignment during soldering, thermal expansion, moisture absorption of the board, There is a possibility of impairing electrical reliability. Moreover, compared with the product of nonpatent literature 3, a shape is small and it is disadvantageous for heat dissipation.
このため、長期的な信頼性を確保するために電流容量をおさえなければならないという課題があった。 For this reason, there is a problem that the current capacity must be suppressed in order to ensure long-term reliability.
また、ATX仕様の電源接続コネクタは20から24個のピンが両側からバネで強く挟まれるような形で並んでいるため、引き抜いたり挿入するさいにはかなりの力が必要であるうえ、取り外し時には外れ止めのレバーを指で押しながら引き抜く必要がある。一般的なATX規格電源のように電線が接続されていれば、親指でレバーを押しながら残りの指で20から24本もある電線の太い束を握って、コネクタの長手方向に揺すりながら引き出せば容易に引き出すことができた。しかしながらPOL電源ではそのような太い電線の束が不要になったため存在せず、また基板自体が小さいため、バネの力が強い大電流用の高信頼性接点を使用すると引き抜きが不便になるという課題があった。 In addition, the ATX power supply connector has 20 to 24 pins lined up so as to be strongly pinched by springs from both sides, so it requires a lot of force to pull out or insert, and when removing it, It is necessary to pull it out while pushing the lever of the stopper with your finger. If the wires are connected as in a general ATX standard power supply, hold the lever with your thumb and grab a thick bundle of 20 to 24 wires with the remaining fingers and swing it out in the longitudinal direction of the connector. It could be pulled out easily. However, the POL power supply does not exist because such a bundle of thick wires is no longer necessary, and the board itself is small, so that using a highly reliable contact for large current with strong spring force makes it difficult to pull out. was there.
一方、既存のPOL電源製品は、直流電源から受電した電力を変圧して出力する端子については電力変換回路に内蔵された過電流保護機能を備えることが一般的であったが、直流電源の電圧をそのまま出力する端子は、過電流保護素子として何も用いないか、ヒューズを用いることが一般的であった。 On the other hand, existing POL power supply products generally have an overcurrent protection function built into the power conversion circuit for terminals that transform and output the power received from the DC power supply. Generally, a terminal that outputs the signal as it is does not use anything as an overcurrent protection element, or uses a fuse.
その背景として、この種の電力変換装置では、外形的・力学的な安定感・信頼感を確保するために、小型化することが重要であり、小型であるがゆえに放熱設計が厳しいことが多いことが挙げられる。ヒューズは原理的に内部抵抗による発熱を伴うが、どんな熱源であれ回路全体の信頼性に影響するのである。 As a background, it is important to reduce the size of this type of power conversion device in order to ensure external and dynamic stability and reliability, and the heat dissipation design is often strict due to the small size. Can be mentioned. Although a fuse in principle generates heat due to internal resistance, any heat source affects the reliability of the entire circuit.
一般的にヒューズの発熱が好ましくない場合、保護回路の電流検出機能を、電子的な電流検出素子に置き換えることで回避する。たとえばシャント抵抗と高精度増幅器の組み合わせや、磁界検出素子を用いることがある。 In general, when the heat generation of the fuse is not preferable, it is avoided by replacing the current detection function of the protection circuit with an electronic current detection element. For example, a combination of a shunt resistor and a high precision amplifier or a magnetic field detection element may be used.
ところが、電力変換装置の多くは大電力のPWMスイッチング回路から成る。このため、スイッチング回路からの干渉が避けられず、シャント抵抗の微小電圧を、高精度増幅器で検出するような構成ではなくヒューズを用いてきたという背景もあった。 However, many of the power conversion devices are composed of a high-power PWM switching circuit. For this reason, interference from the switching circuit is unavoidable, and there is a background that a fuse is used instead of a configuration in which a minute voltage of a shunt resistor is detected by a high-precision amplifier.
そのため、原理上発熱が避けられないヒューズに代わる保護方式が求められていた。 For this reason, there has been a demand for a protection method that replaces the fuse that cannot avoid heat generation in principle.
また、より柔軟な保護回路の動作や、動作状態の出力という点でも、ヒューズより高度な電流検出機能の採用が課題であった。 Also, in terms of more flexible operation of the protection circuit and output of the operation state, it has been a challenge to adopt a current detection function that is more sophisticated than the fuse.
以上のように、「装置を保持する役目を果たすための力学的強度」対「コネクタ接点の信頼性確保に必要な柔軟性」や「衝撃力への対応」、「基板の小型化」対「引き抜きの容易さ」や「熱的な信頼性」といった多くの矛盾する課題を、電気的な制約の中で同時に満足する形状が求められており、本発明はこれらの課題をバランスよく解決することを目的とする。 As described above, “Mechanical strength to hold the device” vs. “flexibility necessary to ensure the reliability of connector contacts” and “responding to impact force”, “miniaturization of the board” vs. “ There is a need for a shape that satisfies many contradictory issues such as “ease of extraction” and “thermal reliability” at the same time within electrical constraints, and the present invention solves these issues in a balanced manner. With the goal.
上記の目的を達成するため、発明者は矛盾する課題を生じたそもそもの原因について電圧変換回路の部品点数、出力容量、基板実装の方法、電子部品のパッケージ、脱着作業時や使用時の力学的条件について製造コストから信頼性に至るまで徹底的な検討を行った結果、特定の組み合わせにおいて信頼性が高くかつ使いやすい優れた製品となることを見いだした。 In order to achieve the above-mentioned object, the inventor found out the causes of contradictory problems in the first place, the number of parts of the voltage conversion circuit, the output capacity, the method of mounting the board, the packaging of the electronic parts, the mechanical operation at the time of detachment work and use As a result of a thorough examination of the conditions from manufacturing cost to reliability, we found that it was an excellent product with high reliability and ease of use in a specific combination.
本発明における電源装置にあっては、第一の手段として、直流電源から受電した電力を、電子計算機に必要とされる複数の電圧に変換を行い、その電力を電子計算機の主基板に供給する電力変換装置であって、電子計算機の主基板に接続するための直方体状の多極コネクタ部分と、その直方体の長軸方向に受電コネクタを備えるものである。 In the power supply device according to the present invention, as a first means, the power received from the DC power source is converted into a plurality of voltages required for the computer, and the power is supplied to the main board of the computer. The power conversion device includes a rectangular parallelepiped multipolar connector for connection to a main board of an electronic computer, and a power receiving connector in the long axis direction of the rectangular parallelepiped.
直方体状の多極コネクタ部分と、その直方体の長軸方向の受電コネクタは、いずれも同一の回路基板に実装されていることが好ましいが、これに限定されない。 The rectangular parallelepiped multipolar connector portion and the rectangular parallelepiped power receiving connector are preferably both mounted on the same circuit board, but are not limited thereto.
回路基板の大きさは、長軸方向の長さ5cmから15cm、幅1cmから4cm程度が好適であるがこれに限定されない。 The size of the circuit board is preferably about 5 to 15 cm in the long axis direction and about 1 to 4 cm in width, but is not limited thereto.
受電する電圧は、12Vや24V、48V、変換後の電圧は、たとえば常時通電されている5V以外に、制御信号によって通電が開始される3.3V、5V、12V、−12Vや、電圧が安定している期間のみ供給される5Vなどを生成することが好ましいがこれに限定されない。 The voltage to be received is 12V, 24V, 48V, and the converted voltage is 3.3V, 5V, 12V, -12V, etc. where the energization is started by the control signal in addition to 5V that is always energized. It is preferable to generate 5V or the like that is supplied only during the period during which the power is supplied.
第二の手段として、第一の手段に加え、電流検出素子を備え、かつ電流検出素子、受電コネクタ、直方体状の多極コネクタの順に、直方体状の多極コネクタの長軸方向に一直線となるように配置してもよい。 As a second means, in addition to the first means, a current detection element is provided, and the current detection element, the power receiving connector, and the rectangular parallelepiped multipolar connector are arranged in a straight line in the major axis direction of the rectangular parallelepiped multipolar connector. You may arrange as follows.
電流検出素子は、公知のものを用いることができるが、代表的なものはシャント抵抗あるいはホール素子である。 A known element can be used as the current detection element, but a typical one is a shunt resistor or a Hall element.
シャント抵抗としては、公知のもの例えば回路基板の表面に実装されるSMD抵抗や、回路基板の導体抵抗であってもよく、これらを回路基板の受電コネクタ側あるいは受電コネクタの反対側に実装して用いることができるが、これに限定されない。 The shunt resistor may be a known one, for example, an SMD resistor mounted on the surface of the circuit board or a conductor resistance of the circuit board, which is mounted on the power receiving connector side of the circuit board or the opposite side of the power receiving connector. Although it can be used, it is not limited to this.
また電流検出素子と接して、検出電圧を増幅するための高精度増幅器を配置することが好ましいが、これに限定されない。
さらに、検出した電流値に応じて、過負荷の恐れを警報したり、あるいは過電流によって損傷する前に電流を遮断する保護機能を配置してもよい。
In addition, a high-precision amplifier for amplifying the detection voltage is preferably disposed in contact with the current detection element, but the present invention is not limited to this.
Further, according to the detected current value, a protection function for alarming the possibility of overloading or blocking the current before being damaged by the overcurrent may be arranged.
第三の手段として、第一または第二の手段に加えて、電流検出素子の測定値を出力する機構を有していてもよい。 As a third means, in addition to the first or second means, a mechanism for outputting the measured value of the current detection element may be provided.
出力する機構としては、LEDなどの発光素子によって電流の大小や保護回路の動作状態を視認できるようにしてもよいが、電気信号として出力してもよい。とくに、電流の最大値や最小値や平均値を記録するための制御回路を搭載し、外部機器の求めに応じて数値を出力するような通信機能を有するものが好適であるが、これに限定されない。 As an output mechanism, the magnitude of the current and the operating state of the protection circuit may be visually recognized by a light emitting element such as an LED, but may be output as an electrical signal. In particular, a control circuit for recording the maximum value, minimum value, and average value of current, and a communication function that outputs a numerical value in response to a request from an external device are suitable. Not.
これらに加えて、電気信号出力を用いて、電子計算機の冷却装置を制御してもよい。 In addition to these, the cooling device of the electronic computer may be controlled using the electric signal output.
受電コネクタは、直流電源からの電力を受けるためのコネクタである。電子計算機の中に、直方体状の多極コネクタ部分から直接電力供給を受ける主基板以外の負荷がある場合、受電コネクタの中に送電機能を配置すると着脱が便利である。たとえば補助記憶装置へ給電するための送電線を、受電コネクタの一部を利用して接続していてもよいことは自明である。 The power receiving connector is a connector for receiving power from a DC power source. When there is a load other than the main board that receives power supply directly from the rectangular parallelepiped multipolar connector portion in the electronic computer, it is convenient to attach and detach the power transmission connector in the power receiving connector. For example, it is obvious that a power transmission line for supplying power to the auxiliary storage device may be connected using a part of the power receiving connector.
また、受電コネクタの隣に周辺機器たとえば補助記憶装置へ給電するための送電コネクタを有していてもよいことは自明であり、また、受電コネクタと送電コネクタを入れ替えてもよい。 Further, it is obvious that a power transmission connector for supplying power to a peripheral device such as an auxiliary storage device may be provided next to the power reception connector, and the power reception connector and the power transmission connector may be interchanged.
直方体状の多極コネクタと、電子計算機の主基板の間に、一対のソケットやレセプタクルを挟んでもよい。 A pair of sockets and receptacles may be sandwiched between the rectangular parallelepiped multipolar connector and the main board of the electronic computer.
特にATX仕様のコネクタは、本来電線対基板用として設計されているため、電力変換装置の基板から直接電子計算機の主基板に接続せず、電力変換装置の基板上の直方体状の多極コネクタから、ソケット・電線・ソケットを経て主基板に接続すると、すべての接点が電線対基板となるため、電線対基板用として設計どおりの高い信頼性を期待できる。 In particular, ATX specification connectors are originally designed for wire-to-board use, so do not connect directly from the power converter board to the main board of the computer, but from a rectangular parallelepiped multipolar connector on the power converter board. When connected to the main board via a socket / wire / socket, all contacts become wire-to-board, so high reliability as designed for wire-to-board can be expected.
本発明によれば信頼性の高い、着脱のしやすい、生産費用の低い電源装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a power supply apparatus with high reliability, easy to attach and detach, and low production cost.
上記の構成によれば、受電コネクタに加わった力は、直方体状の多極コネクタの長軸方向で受け止められるため、てこの原理によって減少される。 According to the above configuration, the force applied to the power receiving connector is received in the long axis direction of the rectangular parallelepiped multipolar connector, and thus is reduced by the lever principle.
このように本発明によれば、電気接点にかかる応力による電気的な信頼性の懸念がないため、電流容量を抑える必要がない。 As described above, according to the present invention, since there is no concern about electrical reliability due to stress applied to the electrical contact, it is not necessary to suppress the current capacity.
また、電力変換装置の基板形状から明らかなように、直方体状の多極コネクタを長手方向に揺すりながら引き抜きやすく、保守作業が容易である。 Further, as is apparent from the substrate shape of the power converter, the rectangular parallelepiped multipolar connector can be easily pulled out while shaking in the longitudinal direction, and maintenance work is easy.
また、本発明の構成によれば、スイッチング回路からの干渉などが避けられるため、電流検出素子を利用しやすくなる。 In addition, according to the configuration of the present invention, since interference from the switching circuit can be avoided, the current detection element can be easily used.
電流検出素子を利用することで、ヒューズよりも低発熱、あるいは柔軟な回路保護が実現できる。
さらに出力機能を備えることにより、動作監視や冷却システムの制御などの利便性が向上する。
By using the current detection element, it is possible to realize lower heat generation or flexible circuit protection than the fuse.
Further, by providing an output function, convenience such as operation monitoring and cooling system control is improved.
装置を保持する役目を果たすための力学的強度」対「コネクタ接点の信頼性確保に必要な柔軟性」や「衝撃力への対応」、「基板の小型化」対「引き抜きの容易さ」や「熱的な信頼性」といった多くの矛盾する課題を、電気的な制約の中で同時に満足する形状が求められており、本発明はこれらの課題をバランスよく解決できる。 “Mechanical strength to hold the device” vs. “flexibility necessary to ensure the reliability of connector contacts” and “responding to impact force”, “miniaturization of the board” vs. “easy to pull out” There is a demand for a shape that satisfies many contradictory problems such as “thermal reliability” at the same time within electrical constraints, and the present invention can solve these problems in a balanced manner.
本発明を実施するための最良の形態を図1および図2(側面図)に示す。電力は受電コネクタ103に供給される。この電圧は限定されないが、直流12Vや48Vが一般的である。たとえば120Wの電力を12Vで受電すると10Aになる。受電コネクタは、図示されていない電線によって直流電源と接続されており、10AであればUL1007規格のAWG18の一対か二対で十分である。いっぽう、たとえば200Wを受電する必要がある場合は、48Vで受電することによって電流値を小さくして、細い電線を用いることができる。20WであればAWG24であっても一対で十分である。この電線は受電コネクタで電力変換基板104に接続される。受電コネクタ103を半田接合とする変更は、本発明の効果を損なわない。
The best mode for carrying out the present invention is shown in FIGS. 1 and 2 (side view). Electric power is supplied to the
このコネクタ103を、図1にあるように、電子計算機の主基板に接続するための直方体状の多極コネクタ105の長軸方向101の方向に配置することが重要である。このような構成を取ると、何らかの理由によって受電コネクタ103が引っ張られた際に、電力変換基板104や多極コネクタ105が受ける応力が小さくなるため好ましい。
As shown in FIG. 1, it is important that the
電子部品107はコイル、コンデンサ、ダイオード、MOSトランジスタ、集積回路、抵抗などである。
大容量のコイルやコンデンサは依然としてリード部品と呼ばれる、穴に差し込んで半田付けを行うような形状のものが用いられているが、近年は表面に配置した後でフローまたはリフロー半田で固定する表面実装部品が登場しており、特に好ましく用いることができる。
The
Large-capacity coils and capacitors are still used as lead parts, which are shaped to be inserted into holes and soldered, but in recent years surface mounting that is fixed on the surface with flow or reflow soldering Parts have appeared and can be used particularly preferably.
受電した電力は基板104上の電子部品107によって制御され、あるものはそのままの電圧で、あるものは降圧され、あるいは負電圧に変換され、コネクタ104に送られる。コネクタ104に送られる電力は、典型的には12V,5V,3.3V,−12Vであり、その他に制御信号が含まれる場合もある。
The received power is controlled by the
電子部品107によって降圧する方法としては、PWM制御によるスイッチングレギュレータが一般的であるが、これに限定されない。
As a method of stepping down by the
PWM制御によるスイッチングレギュレータは、通常コイルとMOSトランジスタを伴い、時に10V以上の雑音電圧源となる。 A switching regulator by PWM control usually includes a coil and a MOS transistor, and sometimes becomes a noise voltage source of 10 V or more.
電流検出素子102は、受電コネクタ103や、多極コネクタ105に流れる電流を検出する素子である。典型的には、受電コネクタ103の端子と接続されたシャント抵抗であるが、これに限定されず、ホール素子などを別の端子に接続して用いることもできる。
The
電子部品107のうち、コイルを多極コネクタ105と受電コネクタ103の側に配置し、受電コネクタ103の逆側に電流検出素子102を配置することが重要である。
Of the
シャント抵抗の例としては、1mΩから1Ωの表面実装抵抗が一般的であり、電力損失の関係で精度の許す限りなるべく低い値が用いられる。たとえば5mΩのばあい1Aにつき5mVの電圧となるため、10mΩよりも注意深い設計が必要である。 As an example of the shunt resistor, a surface mount resistor of 1 mΩ to 1Ω is generally used, and the lowest possible value is used as long as accuracy is allowed in relation to power loss. For example, in the case of 5 mΩ, the voltage is 5 mV per 1 A, so a design that is more careful than 10 mΩ is required.
高精度増幅器を、シャント抵抗の隣に配置して、たとえば100倍に増幅することで、10Aにつき5Vの検出電圧を得ることができるため、これを利用して過電流保護回路を作動させることでヒューズよりも正確で高速な遮断をおこなうことができる。 By placing a high-precision amplifier next to the shunt resistor and amplifying it by a factor of 100, for example, a detection voltage of 5 V per 10 A can be obtained. By using this, an overcurrent protection circuit is activated. It can shut off more accurately and faster than a fuse.
電流検出素子102を、多極コネクタ105の反対側に配置する、本発明の配置によれば、5mΩのシャント抵抗で動作点12Aとした場合でも十分に正確な動作が得られた。
According to the arrangement of the present invention in which the
5mΩのシャント抵抗であれば、12Aにつき0.7Wの発熱であり、内部抵抗10mΩ程度となる定格12Aの表面実装型ヒューズの1.4Wと比較して電力損失・発熱ともに半減する計算になる。定格12Aではなく、実際に12Aで短時間に溶断が保証できるヒューズの内部抵抗はもっと高いため、実質的に数倍の差となる。 If the shunt resistance is 5 mΩ, the heat generation is 0.7 W per 12 A, and both the power loss and the heat generation are halved compared to 1.4 W of the surface mount type fuse rated 12 A with an internal resistance of about 10 mΩ. Since the internal resistance of the fuse that can actually be blown in a short time at 12A instead of the rated 12A is higher, the difference is substantially several times.
なお基板104の幅は特に限定されないが、最初の試作品では約8cmであり、後の試作品の基板では4cmであった。これを3cmとして再設計した。片面にのみ部品を実装するという前提において3cmまで短縮することは容易ではなかったが、将来的には技術の進歩によって1cm程度まで短縮できる可能性がある。
The width of the
基板104の材質や構造は公知のものを用いることができる。一般的な基板としては、銅箔が片面のみに存在するもの、表面と裏面にある両面基板、さらに内層に複数存在しているものがあり、特に限定されないが、なかでもFR4と呼ばれる材質よりなる両面基板が特に好適である。
Known materials and structures can be used for the
基板104の裏面、すなわち多極コネクタ側の面に、接地の銅箔パターンを形成しても良い。放射ノイズなどの電気的特性が改善する。また、取り外し時に指をかけることがある場合、爪や指輪などによって基板表面に損傷を受けるおそれがあるが、そのような場合も悪影響を受けることが少なくなる。
A grounding copper foil pattern may be formed on the back surface of the
コネクタ105には外れ止めの爪があってもよい。ATX規格で用いられるこの種のコネクタでは外れ止めが存在するため、本発明の構成が取り外し時の容易さという観点で特に効果を発揮する。
The
たとえば外れ止めの爪を人差し指の側面で押しながら、中指の根本付近で電子部品107の実装されていない側の面を押し上げれば、力をかけやすい上、外す際に指や手のひらが電子部品107に触れることを避けられる。
For example, if the surface of the middle finger is pushed near the base of the middle finger and the surface on which the
コネクタ105以外を通して電力を送出する必要がある場合は、コネクタ103の一部を用いてもよいが、これとは別に隣接する別の送電コネクタを配置してもよい。このような方法で、たとえば補助記憶装置や、画像処理装置、そのほか演算処理装置などへの電力供給として、5Vや12Vを供給することができる。
When it is necessary to transmit power through other than the
この、追加した送電コネクタと、受電コネクタ103の位置を入れ替えてもよい。
The positions of the added power transmission connector and the
また、出力106を任意の数備えてもよい。出力106の典型的な例は、電流検出素子が過電流を検出した際に点滅する赤色LEDであるが、電気信号を出力するコネクタとして、外部の表示装置に通知することもできる。
Also, any number of
出力106を電気信号を出力するコネクタとした場合、その位置は多極コネクタの長軸方向101上の、受電コネクタ103と反対側が最良であるが、これに限定されない。
When the
電流検出素子と出力の間にはデジタル演算回路を備えても良い。試作の結果、たとえば過電流保護の設定値に達しなかったとしても、一定時間にわたって大電流の検出が続いた際に特定のパターンでLEDを点滅させる機能が便利であると判明している。 A digital arithmetic circuit may be provided between the current detection element and the output. As a result of trial manufacture, for example, even if the set value of overcurrent protection is not reached, it has been found that a function of blinking an LED in a specific pattern when a large current continues to be detected for a certain period of time has proved useful.
さらに出力106を、業界標準の汎用シリアルバスとして、電子計算機の標準的な接続端子に直結させたところ、数秒ごとに通算最大電流値と平均電流値、さらに電圧値を読み取る機能を追加することができた。
Furthermore, when the
安価に、取り外しの容易な電源装置が提供できる。 A power supply device that can be easily removed can be provided at low cost.
101 多極コネクタの長軸方向を示す補助線
102 電流検出素子
103 受電コネクタ
104 基板
105 多極コネクタ
106 出力
107 電子部品
101
Claims (3)
A power converter for receiving power from a DC power source and supplying it to a main board of an electronic computer, having a rectangular parallelepiped multipolar connector portion for connection to the main board, and having a power receiving connector in the longitudinal direction of the rectangular parallelepiped It is characterized by that.
The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device includes a current detection element and is arranged in the order of a multipolar connector, a power receiving connector, and a current detection element in a major axis direction of the multipolar connector.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012191618A JP2014048913A (en) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | Power unit used for electronic computer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=50608516
Family Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015171482A (en) * | 2014-03-12 | 2015-10-01 | 株式会社デンソー | Arm support device |
WO2022247485A1 (en) * | 2021-05-28 | 2022-12-01 | 华为技术有限公司 | Current transmission plate, chip system, and electronic device |
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2012
- 2012-08-31 JP JP2012191618A patent/JP2014048913A/en active Pending
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