特開 2023-143709 スイッチング電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023143709

(43)【公開日】2023-10-06

(54)【発明の名称】スイッチング電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20230928BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 E

H02M1/08 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023009496

(22)【出願日】2023-01-25

(31)【優先権主張番号】P 2022049348

(32)【優先日】2022-03-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高辻 寛之

(72)【発明者】

【氏名】細谷 達也

【テーマコード（参考）】

5H730

5H740

【Ｆターム（参考）】

5H730AA02

5H730AA14

5H730AS04

5H730AS05

5H730BB14

5H730BB57

5H730DD04

5H730EE61

5H730FG01

5H730VV03

5H740BA12

5H740BB05

5H740BB07

5H740BC01

5H740BC02

5H740HH05

(57)【要約】

【課題】発熱や電力損失を抑制し、コモンモードノイズの発生を低減する。
【解決手段】
スイッチング電源装置１０は、電力変換回路２０、制御回路３０、Ｙコンデンサ４０、および、コモンモードチョークコイル５０を備える。制御回路３０は、電力変換回路２０に直接電気接続される。Ｙコンデンサ４０は、電力変換回路２０の直流電源９１側に接続され、アース電位ＧＮＤｓに接続される。コモンモードチョークコイル５０は、制御回路３０の直流電源９２側に接続される。電力変換回路２０、制御回路３０、Ｙコンデンサ４０、および、コモンモードチョークコイル５０によって構成される閉回路によって、ノイズ平衡回路が形成され、ノイズ平衡回路は、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作により複数の閉回路部分において発生するスイッチングノイズとなるコモンモード電流を閉じ込めて互いに相殺する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１入力コンデンサ、電力変換用スイッチング素子、第1出力コンデンサを備え、第１直流電源から供給された電力を変換して負荷に出力する電力変換回路と、
第２入力コンデンサおよびスイッチング駆動回路を備え、第２直流電源から供給された電力を用いて、前記電力変換用スイッチング素子の駆動信号を生成する、前記電力変換回路に直接電気接続される制御回路と、
前記電力変換回路の前記第１直流電源側に接続され、アース電位に接続されるＹコンデンサと、
前記制御回路の前記第２直流電源側に接続されるコモンモードチョークコイルと、
を備え、
前記電力変換回路、前記制御回路、前記Ｙコンデンサ、および、前記コモンモードチョークコイルによって構成される閉回路からなり、前記電力変換用スイッチング素子のスイッチング動作により複数の閉回路部分において発生するスイッチングノイズとなるコモンモード電流を閉じ込めて互いに相殺するノイズ平衡回路を形成する、
スイッチング電源装置。

【請求項2】

前記第２直流電源の負極は前記アース電位に接続する、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項3】

前記第１直流電源の正極および負極は、前記アース電位に対して電気的に絶縁されている、
請求項１または請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項4】

前記第１直流電源の電圧は、前記第２直流電源の電圧よりも高い、
請求項１または請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項5】

前記電力変換用スイッチング素子において発生する発熱を放熱するヒートシンクを備えた、
請求項１または請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項6】

前記ヒートシンクは前記アース電位に接続された、
請求項５に記載のスイッチング電源装置。

【請求項7】

前記ヒートシンクは、前記第２直流電源の負極に電気接続され、
前記コモンモードチョークコイルは、前記ヒートシンクと前記第２直流電源との接続点と前記第２直流電源の正極との間に接続される、
請求項５に記載のスイッチング電源装置。

【請求項8】

前記ヒートシンクは、前記第２直流電源の正極に電気接続され、
前記コモンモードチョークコイルは、前記ヒートシンクと前記第２直流電源との接続点と前記第２直流電源の負極との間に接続される、
請求項５に記載のスイッチング電源装置。

【請求項9】

前記ヒートシンクは、前記第１直流電源の負極に電気接続される、
請求項５に記載のスイッチング電源装置。

【請求項10】

前記ヒートシンクは、前記第１直流電源の正極に電気接続される、
請求項５に記載のスイッチング電源装置。

【請求項11】

前記第１直流電源の負極と前記第２直流電源の負極とは、電気接続される、
請求項１または請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項12】

前記制御回路は、絶縁コンバータ、および、複数の前記スイッチング駆動回路を備え、
前記複数のスイッチング駆動回路の負極は、複数の前記電力変換用スイッチング素子のソース電位にそれぞれ接続される、
請求項１または請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項13】

前記ノイズ平衡回路、前記第１直流電源、および、前記第２直流電源は、車両に搭載されており、
前記アース電位は、前記車両のシャーシと同電位である、
請求項１または請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スイッチング素子を用いて電力変換を行うスイッチング電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

スイッチング電源装置では、電力変換用のスイッチング素子で発生するコモンモードノイズが問題になる。特に、電動車両に搭載されるスイッチング電源装置のように、大きな電力を扱う場合、コモンモードノイズを主として大きなＥＭＩノイズが発生し、電磁干渉の問題を発生させる。

【0003】

コモンモードノイズの発生を低減させる構成として、特許文献１の電源装置は、電力変換回路の入力側と出力側に、コモンモードチョークコイルとＹコンデンサとを接続している。すなわち、特許文献１の電源装置では、外部の直流電源と電力変換回路との間に、コモンモードチョークコイルとＹコンデンサとの両方が接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－２７１１３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、コモンモードノイズを抑制するには、高インピーダンス特性の大電流を流すことのできる大型のコモンモードチョークコイルを使用する必要がある。

【0006】

大電流が流れる電力変換回路への配線ラインに高インピーダンスのコモンモードチョークコイルを接続すると、コモンモードチョークコイルでの発熱や電力損失が大きくなる問題が生じる。

【0007】

したがって、本発明の目的は、発熱や電力損失を抑制し、コモンモードノイズの発生を低減できるスイッチング電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明のスイッチング電源装置は、電力変換回路、制御回路、Ｙコンデンサ、および、コモンモードチョークコイルを備える。電力変換回路は、第１入力コンデンサ、電力変換用スイッチング素子、第1出力コンデンサを備え、第１直流電源から供給された電力を変換して負荷に出力する。制御回路は、電力変換回路に直接電気接続される。制御回路は、第２入力コンデンサおよびスイッチング駆動回路を備え、第２直流電源から供給された電力を用いて、電力変換用スイッチング素子の駆動信号を生成する。Ｙコンデンサは、電力変換回路の第１直流電源側に接続され、アース電位に接続される。コモンモードチョークコイルは、制御回路の第２直流電源側に接続される。電力変換回路、制御回路、Ｙコンデンサ、および、コモンモードチョークコイルによって構成される閉回路によって、ノイズ平衡回路が形成され、ノイズ平衡回路は、電力変換用スイッチング素子のスイッチング動作により複数の閉回路部分において発生するスイッチングノイズとなるコモンモード電流を閉じ込めて互いに相殺する。

【0009】

この構成では、コモンモードチョークコイルは、電力変換回路よりも低電力で、電力変換回路に直接電気接続される制御回路に接続される。そして、電力変換回路には、Ｙコンデンサが接続する。このため、電力変換回路から第1直流電源側へは、Ｙコンデンサによってコモンモードノイズ電流の漏洩が抑制され、電力変換回路から制御回路を通じた第２直流電源側へは、コモンモードチョークコイルによってコモンモードノイズ電流の漏洩が抑制される。これにより、コモンモードノイズとなるコモンモード電流は、ノイズ平衡回路に閉じ込められ、相殺される。そして、コモンモードチョークコイルは、大電流が流れる電力変換回路への配線ラインに接続されず、低電力の制御回路への配線ラインに接続されるため、コモンモードチョークコイルにおける発熱や電力損失が抑制される。

【発明の効果】

【0010】

この発明によれば、発熱や電力損失を抑制しながら、コモンモードノイズ電流の発生を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【図3】図３は、本願発明の構成によるコモンモード電流の流れを示す概略的に示す図である。

【図4】図４は、比較構成によるコモンモード電流の流れを示す概略的に示す図である。

【図5】図５は、デルタ型Ｌｉｓｎを用いてコモンモードノイズの測定を行う場合の回路例を示す図である。

【図6】図６は、デルタ型Ｌｉｓｎを用いてコモンモードノイズの測定を行う場合の回路例を示す図である。

【図7】図７は、Ｈｉ側のケーブルとＬｏｗ側のケーブルに電流検出用のプローブＰＲｃｒを配置した場合の回路図である。

【図8】図８は、Ｌｉｓｎとシャーシとを接続するケーブルに電流検出用のプローブＰＲｃｒを配置した場合の回路図である。

【図9】図９は、本願構成と比較構成でのノイズレベルを示すグラフである。

【図10】図１０は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【図11】図１１は、本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【図12】図１２は、本発明の第４の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【図13】図１３は、本発明の第５の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【図14】図１４は、本発明の第６の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【図15】図１５は、本発明の第７の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【0013】

（スイッチング電源装置１０の概略構成および概略動作）
図１、図２に示すように、スイッチング電源装置１０は、電力変換回路２０、制御回路３０、Ｙコンデンサ４０、コモンモードチョークコイル５０を備える。

【0014】

概略構成として、電力変換回路２０の入力端には、直流電源９１が接続される。直流電源９１は、高電圧の電源であり、例えば、１００Ｖから１０００Ｖの直流電源である。直流電源９１が、本発明の「第１直流電源」に対応する。

【0015】

電力変換回路２０の入力端と直流電源９１との間には、Ｙコンデンサ４０が接続される。Ｙコンデンサ４０は、アース電位ＧＮＤｓに接続する。アース電位ＧＮＤｓは、対地接地の電位とは異なり、スイッチング電源装置１０が搭載される電動車両等の基準電位であり、例えば、電動車両のシャーシと同電位である。

【0016】

電力変換回路２０の出力端には、負荷９９が接続される。

【0017】

制御回路３０の入力端は、直流電源９２が接続される。直流電源９２は、直流電源９１よりも低電圧の電源であり、例えば、１２Ｖから１４Ｖの直流電源である。直流電源９２の負極は、アース電位ＧＮＤｓに接続される。直流電源９２が、本発明の「第２直流電源」に対応する。

【0018】

制御回路３０の入力端と直流電源９２との間には、コモンモードチョークコイル５０が接続される。

【0019】

制御回路３０と電力変換回路２０とは、接続される。この際、制御回路３０と電力変換回路２０とは、直接電気接続される。なお、直接電気接続されるとは、制御回路３０と電力変換回路２０との間に他の電気回路素子が接続されることなく、制御回路３０と電力変換回路２０とが接続されることを意味する。

【0020】

制御回路３０は、直流電源９２から電力供給される。制御回路３０は、電力変換回路２０の電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の駆動信号を生成し、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に出力する。

【0021】

電力変換回路２０は、制御回路３０からの駆動信号によって電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をオンオフにスイッチング制御することで、直流電源９１からの入力電圧を負荷９９用の出力電圧に電力変換して、負荷９９に出力する。

【0022】

この電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作は、スイッチング周波数に応じたコモンモードノイズの発生要因となる。

【0023】

ここで、スイッチング電源装置１０は、上述のように、電力変換回路２０の入力端に、Ｙコンデンサ４０が接続され、Ｙコンデンサ４０がアース電位ＧＮＤｓに接続される。さらに、スイッチング電源装置１０は、制御回路３０の入力端に、コモンモードチョークコイル５０が接続される。

【0024】

これにより、電力変換回路２０、制御回路３０、Ｙコンデンサ４０、および、コモンモードチョークコイル５０によって、コモンモードノイズに対する閉回路（ノイズ平衡回路）を構成できる。したがって、電力変換回路２０の電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から発生するコモンモードノイズは、スイッチング電源装置１０の直流電源９１、直流電源９２側に漏洩せず、ノイズ平衡回路内に閉じ込められる。ノイズ平衡回路内に閉じ込められたコモンモードノイズは、位相がバラバラであるため相殺される。

【0025】

結果として、スイッチング電源装置１０は、コモンモードノイズの発生を低減できる。そして、コモンモードチョークコイル５０は、制御回路３０の入力端に接続されているので、すなわち、コモンモードチョークコイル５０は、高電力側の配線ラインに接続されず、低電力側の配線ラインに接続される。したがって、コモンモードチョークコイル５０の発熱および電力損失を抑制できる。さらに、コモンモードチョークコイル５０の耐圧を低くできるので、コモンモードチョークコイル５０を小型化でき、安価にできる。これにより、小型で安価なスイッチング電源装置１０を実現できる。

【0026】

（スイッチング電源装置１０の具体的な回路構成の一例）
図２に示すように、電力変換回路２０は、入力コンデンサＣ１１、インダクタＬ１、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、出力コンデンサＣ１２を備える。入力コンデンサＣ１１が、本発明の「第１入力コンデンサ」に対応し、出力コンデンサＣ１２が、本発明の「第１出力コンデンサ」に対応する。

【0027】

入力コンデンサＣ１１の一方端子は、直流電源９１の正極に接続し、入力コンデンサＣ１１の他方端子は、直流電源９１の負極に接続する。インダクタＬ１の一方端子は、直流電源９１の正極に接続し、インダクタＬ１の他方端子は、電力変換用スイッチング素子Ｑ１のドレインと電力変換用スイッチング素子Ｑ２のソースとのノードに接続する。

【0028】

電力変換用スイッチング素子Ｑ１のソースは、直流電源９１の負極およびスイッチング電源装置１０の負極側出力端子に接続する。電力変換用スイッチング素子Ｑ２のドレインは、スイッチング電源装置１０の正極側出力端子に接続する。スイッチング電源装置１０の正極側出力端子と負極側出力端子との間には、出力コンデンサＣ１２が接続される。そして、正極側出力端子と負極側出力端子との間には、負荷９９が接続される。

【0029】

電力変換用スイッチング素子Ｑ１のゲートおよび電力変換用スイッチング素子Ｑ２のゲートは、制御回路３０のゲートドライバＩＣ３１１およびゲートドライバＩＣ３２１に接続する。より具体的には、電力変換用スイッチング素子Ｑ１のゲートとゲートドライバＩＣ３１１とは、直接電気接続され、電力変換用スイッチング素子Ｑ２のゲートとゲートドライバＩＣ３２１とは、直接電気接続される。

【0030】

制御回路３０は、ゲートドライバＩＣ３１１、絶縁コンバータ３１２、ゲートドライバＩＣ３２１、および、絶縁コンバータ３２２を備える。ゲートドライバＩＣ３１１および、ゲートドライバＩＣ３２１が、本発明の「スイッチング駆動回路」に対応する。

【0031】

絶縁コンバータ３１２の入力端子は、コモンモードチョークコイル５０に接続し、絶縁コンバータ３１２の出力端子は、ゲートドライバＩＣ３１１に接続される。絶縁コンバータ３２２の入力端子は、コモンモードチョークコイル５０に接続し、絶縁コンバータ３２２の出力端子は、ゲートドライバＩＣ３２１に接続される。

【0032】

絶縁コンバータ３１２は、コンデンサＣ３１１、コンデンサＣ３１２、スイッチング素子Ｑ３１、絶縁トランスＴＲ３１、整流素子Ｄ３１を備える。絶縁コンバータ３１２は、直流電源９２の直流電圧を、ゲートドライバＩＣ３１１の直流駆動電圧に変換し、ゲートドライバＩＣ３１１に与える。コンデンサＣ３１１が、本発明の「第２入力コンデンサ」に対応する。

【0033】

絶縁コンバータ３２２は、コンデンサＣ３２１、コンデンサＣ３２２、スイッチング素子Ｑ３２、絶縁トランスＴＲ３２、整流素子Ｄ３２を備える。絶縁コンバータ３２２は、コモンモードチョークコイル５０とゲートドライバＩＣ３２１との間に接続される。絶縁コンバータ３２２は、直流電源９２の直流電圧を、ゲートドライバＩＣ３２１の直流駆動電圧に変換し、ゲートドライバＩＣ３２１に与える。コンデンサＣ３２１が、本発明の「第２入力コンデンサ」に対応する。

【0034】

Ｙコンデンサ４０は、コンデンサＣ４１とコンデンサＣ４２とを備える。コンデンサＣ４１とコンデンサＣ４２とは、直列接続される。コンデンサＣ４１とコンデンサＣ４２との直列回路は、直流電源９１の正極に接続する電力変換用の正極側配線ラインと、直流電源９１の負極に接続する電力変換用の負極側配線ラインとの間に接続される。コンデンサＣ４１とコンデンサＣ４２とのノードは、アース電位ＧＮＤｓに接続される。

【0035】

コモンモードチョークコイル５０は、直流電源９２と制御回路３０との間に接続される。

【0036】

このような構成のスイッチング電源装置１０は、概略的に次に示すように動作する。ゲートドライバＩＣ３１１は、直流電源９２からコモンモードチョークコイル５０、および、絶縁コンバータ３１２を通じて供給された電力で駆動し、電力変換用スイッチング素子Ｑ１用の駆動信号を生成する。ゲートドライバＩＣ３２１は、直流電源９２からコモンモードチョークコイル５０、および、絶縁コンバータ３２２を通じて供給された電力で駆動し、電力変換用スイッチング素子Ｑ２用の駆動信号を生成する。ゲートドライバＩＣ３１１とゲートドライバＩＣ３２１とは同期しており、ゲートドライバＩＣ３１１が出力する駆動信号と、ゲートドライバＩＣ３２１が出力する駆動信号とは、それぞれのオン期間が重ならず、それぞれのオン電圧が交互に出力されるように設定されている。

【0037】

電力変換回路２０の電力変換用スイッチング素子Ｑ１は、ゲートドライバＩＣ３１１からの駆動信号でスイッチング制御され、電力変換用スイッチング素子Ｑ２は、ゲートドライバＩＣ３２１からの駆動信号でスイッチング制御される。これにより、電力変換回路２０は、直流電源９２の直流電圧を負荷９９用の出力電圧に電力変換して、負荷９９に供給する。

【0038】

このような構成では、電力変換用スイッチング素子Ｑ１および電力変換用スイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作が、コモンモードノイズの主たる発生要因となる。

【0039】

しかしながら、スイッチング電源装置１０は、上述の構成を備えることで、コモンモードノイズの発生を低減できる。

【0040】

図３は、本願発明の構成によるコモンモード電流の流れを示す概略的に示す図であり、図４は、比較構成によるコモンモード電流の流れを示す概略的に示す図である。図３、図４では、太線の矢印がコモンモード電流の流れを示す。比較構成は、本願発明のＹコンデンサ４０およびコモンモードチョークコイル５０を備えない構成である。なお、本願発明の構成を採用することで、図示したコモンモード電流は結果的には抑制されているが、説明を分かり易くするため、図３にコモンモード電流の流れを図示する。

【0041】

コモンモード電流は、ノイズ源である電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２で発生し、コモンモードノイズの周波数帯域において電気的に直接または間接的に接続するライン通じて流れる。したがって、コモンモード電流は、電力変換回路２０のみでなく制御回路３０にも流れる。

【0042】

図４に示すように、比較構成では、Ｙコンデンサ４０を備えないことで、電力変換用の配線ラインに流れるコモンモード電流は、スイッチング電源装置１０の電力変換回路２０から直流電源９１側に漏洩する。同様に、比較構成では、コモンモードチョークコイル５０を備えないことによって、スイッチング電源装置１０の制御回路３０から直流電源９２側に漏洩する。このように、比較構成では、コモンモード電流は、スイッチング電源装置１０の外部に漏洩してしまう。

【0043】

一方、図３に示すように、本願構成では、制御回路３０の入力側にコモンモードチョークコイル５０が接続されているので、制御回路３０から直流電源９２側へのコモンモード電流は、抑制される。

【0044】

さらに、本願構成では、電力変換回路２０の入力側にＹコンデンサ４０が接続され、Ｙコンデンサ４０がアース電位ＧＮＤｓに接続されていることで、コモンモード電流は、電力変換回路２０、Ｙコンデンサ４０、アース電位ＧＮＤｓによって、ノイズ源である電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に還流される。この際、コモンモード電流の位相はバラバラであるため相殺される。したがって、コモンモードノイズの発生は低減される。

【0045】

このように、本願構成を用いることで、スイッチング電源装置１０は、電力変換回路２０、制御回路３０、Ｙコンデンサ４０、および、コモンモードチョークコイル５０によって、コモンモード電流に対する閉回路を実現し、ノイズを平衡化することができる。すなわち、スイッチング電源装置１０は、電力変換回路２０、制御回路３０、Ｙコンデンサ４０、および、コモンモードチョークコイル５０によるノイズ平衡回路を備えることができる。これにより、電力変換回路２０の電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から発生するコモンモードノイズは、ノイズ平衡回路内に閉じ込められ、コモンモードノイズが直流電源９１、直流電源９２側に漏洩することは抑制される。さらに、閉じ込められたコモンモードノイズは、位相がバラバラであるため相殺される。

【0046】

なお、このようなノイズ平衡回路によってコモンモード電流が閉じ込められ相殺されることは、ＬＩＳＮ（ラインインピーダンス安定化回路）を、ノイズ平衡回路のＨｉ側の配線ラインとＬｏｗ側の配線ラインに接続すること（例えば、図３参照）で確認できる。

【0047】

例えば、デルタ型Ｌｉｓｎでコモンモードノイズの電圧（コモンモードノイズ電圧）を測定する。図５、図６は、デルタ型Ｌｉｓｎを用いてコモンモードノイズの測定を行う場合の回路例を示す図である。図５では、Ｌｉｓｎにはデルタ型Ｌｉｓｎが接続され、デルタ型Ｌｉｓｎにはスペクトラムアナライザが接続される。図６では、直流電源９１とハーフブリッジコンデンサ４１との間にデルタ型Ｌｉｓｎが接続され、デルタ型Ｌｉｓｎにはスペクトラムアナライザが接続される。これらの測定構成（測定方法）において測定したコモンモードノイズ電圧が略０または十分に小さければ、ノイズ平衡回路によってコモンモード電流が閉じ込められ相殺されたことを検出できる。

【0048】

また、Ｈｉ側のケーブルとＬｏｗ側のケーブル、またはＬｉｓｎとシャーシとを接続するケーブルに電流検出用のプローブを配置し、このプローブでコモンモード電流を測定する。図７は、Ｈｉ側のケーブルとＬｏｗ側のケーブルに電流検出用のプローブＰＲｃｒを配置した場合の回路図である。図８は、Ｌｉｓｎとシャーシとを接続するケーブルに電流検出用のプローブＰＲｃｒを配置した場合の回路図である。図７、図８の構成において、電流検出用のプローブＰＲｃｒには、スペクトラムアナライザが接続される。これらの測定構成（測定方法）においてコモンモード電流が略０または十分に小さければ、ノイズ平衡回路によってコモンモード電流が閉じ込められ相殺されたことを検出できる。

【0049】

したがって、スイッチング電源装置１０は、コモンモードノイズの発生を低減でき、ＥＭＩノイズの抑制とパワーインテグリティ（電源品質の確保）を実現できる。

【0050】

すなわち、スイッチング電源装置１０は、大電流が流れる電力変換回路への配線ラインにコモンモードチョークコイルを接続する必要はなく、かつ、ノイズ発生源においてノイズ発生を相殺し、コモンモードチョークコイルにおける発熱や電力損失を抑制しながら、コモンモードノイズ電流の発生を低減できる。特に、電気自動車などの様に移動することによって大地をアース電位として接地することが困難なスイッチング電源装置に対して効果的に、コモンモードチョークコイルにおける発熱や電力損失を抑制しながら、コモンモードノイズ電流の発生を低減できる。

【0051】

図９は、本願構成と比較構成でのノイズレベルを示すグラフである。図９に示すように、本願発明を採用することで、２ＭＨｚから２０ＭＨｚ帯域のノイズを抑制できる。特に、５ＭＨｚ帯域のノイズをより効果的に抑制できる。

【0052】

さらに、スイッチング電源装置１０は、コモンモードチョークコイル５０を電力変換用の配線ラインに接続せず、低電力の制御用の配線ラインに接続している。これにより、コモンモードチョークコイル５０の発熱を抑制できる。したがって、スイッチング電源装置１０は、発熱や電力損失を抑制しながらコモンモードノイズの発生を低減できる。

【0053】

さらに、コモンモードチョークコイル５０の耐圧を大きくする必要がなくなり、小型化できる。したがって、スイッチング電源装置１０は、小型化を実現しながら、コモンモードノイズの発生を低減できる。

【0054】

特に、スイッチング電源装置１０は、電動車両に搭載されるとき、より有効である。具体的には、電力変換回路２０のスイッチング動作により発生したコモンモードノイズは、シャーシ（アース電位ＧＮＤｓと同電位の部品）を伝導して、車両の他の電子回路との電磁干渉の問題を引き起こす可能性がある。例えば、コモンモードノイズが車両の他の電子回路の制御回路へ流入すると、この制御回路のスイッチング素子における制御動作での誤動作の問題に繋がる。また、コモンモードノイズが他の機器に到達すると、他の機器に誤動作の問題を生じさせる。シャーシからコモンモードノイズが放射すると車両外の電子機器の誤動作の問題を生じさせる。

【0055】

しかしながら、スイッチング電源装置１０の構成を備えることで、スイッチング電源装置１０から外部へのコモンモードノイズの漏洩が抑制され、上述のような問題の発生を抑制できる。特に、電動車両では、電力変換回路２０に非常に大きな電流、電圧が入力される。したがって、本発明のスイッチング電源装置１０の構成は、より有効である。

【0056】

また、スイッチング電源装置１０では、直流電源９２の負極はアース電位ＧＮＤｓに接続され、直流電源９１の正極および負極はアース電位ＧＮＤｓに接続されていない。これにより、スイッチング電源装置１０は、電圧、電流が大きい直流電源９１を通じた外部への悪影響を抑制しながら、制御回路３０の動作を安定させることができる。

【0057】

また、スイッチング電源装置１０では、ゲートドライバＩＣ３１１の負極と電力変換用スイッチング素子Ｑ１のソースとが接続され、ゲートドライバＩＣ３２１の負極と電力変換用スイッチング素子Ｑ２のソースとが接続されている。これにより、スイッチング電源装置１０は、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に安定した駆動信号を供給できる。

【0058】

なお、制御回路３０の絶縁コンバータ３１２、３２２は、非絶縁コンバータに置き換えることが可能である。しかしながら、絶縁コンバータ３１２、３２２を備えることで、ゲートドライバＩＣ３１１、３２１を、直流電源９２側からより確実に電気的に保護できる。

【0059】

また、制御回路３０の絶縁コンバータ３１２にはスイッチング素子Ｑ３１が備えられており、絶縁コンバータ３２２にはスイッチング素子Ｑ３２が備えられている。しかしながら、スイッチング電源装置１０では、これらのスイッチング素子Ｑ３１、Ｑ３２もノイズ平衡回路内に存在する。したがって、スイッチング電源装置１０は、スイッチング素子Ｑ３１、Ｑ３２のコモンモードノイズの発生も低減できる。

【0060】

また、スイッチング電源装置１０では、電力変換回路２０の出力側に、さらにＹコンデンサを備えてもよい。

【0061】

また、制御回路３０の構成は一例であり、制御回路用の入力コンデンサ、ゲートドライバＩＣ３１１、３２１を備え、電力変換回路２０の電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に上述のような駆動信号を出力できる構成であれば、他の構成であってもよい。同様に、電力変換回路２０は、入力コンデンサＣ１１、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、出力コンデンサＣ１２を備える構成であれば、他の構成であってもよい。

【0062】

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図を参照して説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【0063】

図１０に示すように、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ａは、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１０に対して、ヒートシンク６０を備える点で異なる。スイッチング電源装置１０Ａの他の構成は、スイッチング電源装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0064】

スイッチング電源装置１０は、ヒートシンク６０を備える。ヒートシンク６０は、熱伝導性の高い材料からなる。ヒートシンク６０は、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に近接または当接して配置される。言い換えれば、ヒートシンク６０は、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の熱が伝搬される位置に配置される。ヒートシンク６０は、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２において発生する熱を放熱する。

【0065】

さらに、ヒートシンク６０は、導電性を有する。すなわち、ヒートシンク６０は、高い熱伝導性と導電性を有する。ヒートシンク６０は、アース電位ＧＮＤｓに接続される。

【0066】

この構成では、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から放射するノイズは、ヒートシンク６０を通じてアース電位ＧＮＤｓに流れる。これにより、ノイズ平衡回路は、ヒートシンク６０を含んで構成される。

【0067】

したがって、ノイズ平衡回路は、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から放射するノイズも含めて、平衡化できる。この結果、スイッチング電源装置１０は、外部へ漏洩するノイズをより効果的に抑制できる。特に、ヒートシンク６０が、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に重なるように配置されることで、スイッチング電源装置１０は、外部へ漏洩するノイズをさらに効果的に抑制できる。

【0068】

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図を参照して説明する。図１１は、本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【0069】

図１１に示すように、第３の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ｂは、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ａに対して、ヒートシンク６０の接続態様において異なる。スイッチング電源装置１０Ｂの他の構成は、スイッチング電源装置１０Ａと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0070】

スイッチング電源装置１０Ｂでは、ヒートシンク６０は、コモンモードチョークコイル５０の負極側で、制御回路３０側の配線ラインに接続される。

【0071】

このような構成によって、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から放射するノイズは、ヒートシンク６０および絶縁コンバータ３１２を通じてノイズ平衡回路に流れる。そして、ヒートシンク６０および絶縁コンバータ３１２がコモンモードチョークコイル５０の負極側（アース電位ＧＮＤｓに接続する直流電源９２の負極側）で、制御回路３０側の配線ラインに接続されることで、ヒートシンク６０および絶縁コンバータ３１２を通じたノイズが、外部に漏洩すること、および、制御回路３０に与える影響を抑制できる。

【0072】

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図を参照して説明する。図１２は、本発明の第４の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【0073】

図１２に示すように、第４の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ｃは、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ａに対して、ヒートシンク６０の接続態様において異なる。スイッチング電源装置１０Ｃの他の構成は、スイッチング電源装置１０Ａと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0074】

スイッチング電源装置１０Ｃでは、ヒートシンク６０は、コモンモードチョークコイル５０の正極側で、制御回路３０側の配線ラインに接続される。

【0075】

このような構成によって、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から放射するノイズは、ヒートシンク６０および絶縁コンバータ３１２を通じてノイズ平衡回路に流れる。そして、ヒートシンク６０がコモンモードチョークコイル５０の正極側（アース電位ＧＮＤｓに接続する直流電源９２の正極側）で、絶縁コンバータ３１２がコモンモードチョークコイル５０の負極側（アース電位ＧＮＤｓに接続する直流電源９２の負極側）で、制御回路３０側の配線ラインに接続されることで、ヒートシンク６０および絶縁コンバータ３１２を通じたノイズが、外部に漏洩すること、および、制御回路３０に与える影響を抑制できる。

【0076】

［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図を参照して説明する。図１３は、本発明の第５の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【0077】

図１３に示すように、第５の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ｄは、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ａに対して、ヒートシンク６０の接続態様において異なる。スイッチング電源装置１０Ｄの他の構成は、スイッチング電源装置１０Ａと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0078】

スイッチング電源装置１０Ｄでは、ヒートシンク６０は、Ｙコンデンサ４０の負極側で、電力変換回路２０側の配線ラインに接続される。

【0079】

このような構成によって、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から放射するノイズは、絶縁コンバータ３１２を通じてノイズ平衡回路に流れる。そして、絶縁コンバータ３１２がコモンモードチョークコイル５０の負極側（アース電位ＧＮＤｓに接続する直流電源９２の負極側）で、制御回路３０側の配線ラインに接続されることで、絶縁コンバータ３１２を通じたノイズが、外部に漏洩すること、および、制御回路３０に与える影響を抑制できる。

【0080】

［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図を参照して説明する。図１４は、本発明の第６の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。

【0081】

図１４に示すように、第６の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ｅは、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ａに対して、ヒートシンク６０の接続態様において異なる。スイッチング電源装置１０Ｅの他の構成は、スイッチング電源装置１０Ａと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0082】

スイッチング電源装置１０Ｅでは、ヒートシンク６０は、Ｙコンデンサ４０の正極側で、電力変換回路２０側の配線ラインに接続される。

【0083】

このような構成によって、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から放射するノイズは、絶縁コンバータ３１２を通じてノイズ平衡回路に流れる。そして、絶縁コンバータ３１２がコモンモードチョークコイル５０の負極側（アース電位ＧＮＤｓに接続する直流電源９２の負極側）で、制御回路３０側の配線ラインに接続されることで、絶縁コンバータ３１２を通じたノイズが、外部に漏洩すること、および、制御回路３０に与える影響を抑制できる。

【0084】

［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図を参照して説明する。図１５は、本発明の第７の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。

【0085】

図１５に示すように、第７の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ｆは、第１の実施形態にスイッチング電源装置１０に対して、一つの直流電源９１から直流電力を供給される点で異なる。スイッチング電源装置１０Ｆの他の構成は、スイッチング電源装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0086】

スイッチング電源装置１０Ｆは、直流電源９１に接続する。コモンモードチョークコイル５０と直流電源９１との間には、降圧回路３９が接続される。降圧回路３９は、例えば、降圧型ＤＣＤＣコンバータである。

【0087】

このような構成によって、スイッチング電源装置１０Ｆは、スイッチング電源装置１０と同様に、発熱および電力損失を抑制しながら、コモンモードノイズの発生を低減できる。また、スイッチング電源装置１０Ｆの構成では、電圧の異なる複数の直流電源を必要とせず、１つの直流電源で、発熱および電力損失を抑制しながら、コモンモードノイズの発生を低減できる。

【0088】

なお、上述の各実施形態の構成は、適宜組み合わせることが可能であり、それぞれの組合せに応じた作用効果を奏することができる。

【0089】

（１） 第１入力コンデンサ、電力変換用スイッチング素子、第1出力コンデンサを備え、第１直流電源から供給された電力を変換して負荷に出力する電力変換回路と、
第２入力コンデンサおよびスイッチング駆動回路を備え、第２直流電源から供給された電力を用いて、前記電力変換用スイッチング素子の駆動信号を生成する、前記電力変換回路に直接電気接続される制御回路と、
前記電力変換回路の前記第１直流電源側に接続され、アース電位に接続されるＹコンデンサと、
前記制御回路の前記第２直流電源側に接続されるコモンモードチョークコイルと、
を備え、
前記電力変換回路、前記制御回路、前記Ｙコンデンサ、および、前記コモンモードチョークコイルによって構成される閉回路からなり、前記電力変換用スイッチング素子のスイッチング動作により複数の閉回路部分において発生するスイッチングノイズとなるコモンモード電流を閉じ込めて互いに相殺するノイズ平衡回路を形成する、スイッチング電源装置。

【0090】

（２） 前記第２直流電源の負極は前記アース電位に接続する、（１）のスイッチング電源装置。

【0091】

（３） 前記第１直流電源の正極および負極は、前記アース電位に対して電気的に絶縁されている、（１）または（２）に記載のスイッチング電源装置。

【0092】

（４） 前記第１直流電源の電圧は、前記第２直流電源の電圧よりも高い、（１）乃至（３）のいずれかのスイッチング電源装置。

【0093】

（５） 前記電力変換用スイッチング素子において発生する発熱を放熱するヒートシンクを備えた、（１）乃至（４）のいずれかのスイッチング電源装置。

【0094】

（６） 前記ヒートシンクは前記アース電位に接続された、（５）のスイッチング電源装置。

【0095】

（７） 前記ヒートシンクは、前記第２直流電源の負極に電気接続され、
前記コモンモードチョークコイルは、前記ヒートシンクと前記第２直流電源との接続点と前記第２直流電源の正極との間に接続される、（５）または（６）のスイッチング電源装置。

【0096】

（８） 前記ヒートシンクは、前記第２直流電源の正極に電気接続され、
前記コモンモードチョークコイルは、前記ヒートシンクと前記第２直流電源との接続点と前記第２直流電源の負極との間に接続される、（５）または（６）のスイッチング電源装置。

【0097】

（９） 前記ヒートシンクは、前記第１直流電源の負極に電気接続される、（５）または（６）のスイッチング電源装置。

【0098】

（１０） 前記ヒートシンクは、前記第１直流電源の正極に電気接続される、（５）または（６）に記載のスイッチング電源装置。

【0099】

（１１） 前記第１直流電源の負極と前記第２直流電源の負極とは、電気接続される、（１）乃至（１０）のいずれかのスイッチング電源装置。

【0100】

（１２） 前記制御回路は、絶縁コンバータ、および、複数の前記スイッチング駆動回路を備え、
前記複数のスイッチング駆動回路の負極は、複数の前記電力変換用スイッチング素子のソース電位にそれぞれ接続される、（１）乃至（１１）のいずれかのスイッチング電源装置。

【0101】

（１３） 前記ノイズ平衡回路、前記第１直流電源、および、前記第２直流電源は、車両に搭載されており、
前記アース電位は、前記車両のシャーシと同電位である、（１）乃至（１２）のいずれかのスイッチング電源装置。

【符号の説明】

【0102】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ：スイッチング電源装置
２０：電力変換回路
３０：制御回路
３９：降圧回路
４０：Ｙコンデンサ
５０：コモンモードチョークコイル
６０：ヒートシンク
９１：直流電源
９２：直流電源
９９：負荷
３１１、３２１：ゲートドライバＩＣ
３１２、３２２：絶縁コンバータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】