特許 7582488 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(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 20060101AFI20241106BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 Y

H02M3/28 E

H02M3/155 Y

H02M3/155 E

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2023539720

(86)(22)【出願日】2022-07-05

(86)【国際出願番号】 JP2022026657

(87)【国際公開番号】W WO2023013343

(87)【国際公開日】2023-02-09

【審査請求日】2024-01-18

(31)【優先権主張番号】P 2021126369

(32)【優先日】2021-08-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】細谷 達也

(72)【発明者】

【氏名】高辻 寛之

(72)【発明者】

【氏名】石倉 祐樹

【審査官】武内 大志

(56)【参考文献】

【文献】特許第６８５１５５４（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１７－１８４３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２０２７９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１４７４９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１３０８７４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／２８

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流入力電源の入力部と、直流電力の出力部と、ＤＣ－ＤＣコンバータと、ノイズ低減回路と、が設けられた回路基板を備えるスイッチング電源装置において、
前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、入力キャパシタと、スイッチング回路と、出力平滑キャパシタと、を備え、
前記ノイズ低減回路は、前記回路基板に実装され、２つの入力端子及び２つの出力端子を有する表面実装型のコモンモードチョークコイルを備え、
前記コモンモードチョークコイルの前記２つの入力端子は、第１回路パターンを通して前記入力部の正極と負極とにそれぞれ電気的に接続され、
前記コモンモードチョークコイルの前記２つの出力端子は、第２回路パターンを通して前記入力キャパシタの２つの端子にそれぞれ電気的に接続され、
前記入力キャパシタの２つの端子は第３回路パターンを通して前記スイッチング回路の２つの入力端にそれぞれ接続され、
前記回路基板は、前記スイッチング回路のスイッチング動作によりスイッチング電流が流れる複数の電流経路として前記第１回路パターン、前記第２回路パターンおよび前記第３回路パターンを含み、
前記第２回路パターンの経路長は前記第３回路パターンの経路長よりも長く、
前記複数の電流経路のうち、前記第３回路パターンの経路長は、他の電流経路の経路長に比べて最も短く、
前記第１回路パターンが互いに並行に対面することで形成される第１寄生容量と、
前記第２回路パターンが互いに並行に対面することで形成される第２寄生容量と、
前記第１寄生容量、前記コモンモードチョークコイル及び前記第２寄生容量によるフィルタを有するノイズ平衡回路と、を備えることを特徴とする、スイッチング電源装置。

【請求項2】

前記第２寄生容量は、前記コモンモードチョークコイルの前記２つの出力端子と前記入力キャパシタとの間に位置して、前記２つの出力端子とフレームグランドとにそれぞれ接続された、
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２寄生容量と前記フレームグランドとは容量性素子又はインピーダンス素子を通して電気的に接続されている、
請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【請求項4】

前記スイッチング回路は前記回路基板の一方主面に配置され、
前記入力キャパシタは前記回路基板の他方主面に配置され、
前記入力キャパシタ及び前記スイッチング回路に流れる電流ループの面は前記回路基板の他方主面に形成された回路部を流れる電流経路に対して非並行であり、
前記入力キャパシタは、前記回路基板上において前記スイッチング回路の一端の接続部と他端の接続部とに直接的に接続された、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項5】

前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、昇圧型、降圧型又は昇降圧型の非絶縁形コンバータである、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項6】

前記ＤＣ－ＤＣコンバータは絶縁形コンバータである、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項7】

前記回路基板を収納する金属筐体を備え、
前記出力部の負極は前記金属筐体に接続された、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項8】

前記回路基板は前記金属筐体に導通するグランド電極層を備える、
請求項７に記載のスイッチング電源装置。

【請求項9】

前記金属筐体はフレームグランドに接続される、
請求項７又は８に記載のスイッチング電源装置。

【請求項10】

前記ノイズ低減回路は前記入力部と前記入力キャパシタとの間に位置し、前記回路基板において前記入力部と前記ＤＣ－ＤＣコンバータとの間に直線的に配置された、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項11】

前記ノイズ低減回路は、前記入力部の正極及び前記入力部の負極を対とする対称形である、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項12】

前記入力部の正極、負極及び前記入力キャパシタの正極、負極の導体パターンは前記コモンモードチョークコイルの実装ランドに比べて大きい、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項13】

前記入力部の正極及び前記入力キャパシタの正極の面積に対して前記入力部の負極及び前記入力キャパシタの負極の面積が大きい、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項14】

前記入力部の正極、前記入力キャパシタの正極、前記入力部の負極及び前記入力キャパシタの負極は、複数のスルーホール導体を通して前記回路基板の複数の導体層にそれぞれ接続されている、
請求項１に記載のスイッチング電源装置。

【請求項15】

前記コモンモードチョークコイルを複数備える、
請求項１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、直流入力電源の入力部、ＤＣ－ＤＣコンバータ及びノイズ低減回路が設けられた回路基板を備えるスイッチング電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、スイッチング回路、絶縁トランス、整流部、フィルタ部を有するスイッチング電源装置が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－２１２６２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、絶縁トランスを備えたＤＣ－ＤＣコンバータでは、絶縁トランスの１次巻線と２次巻線との間に形成される寄生容量により、スイッチング素子がターンオンまたはターンオフした際に急峻な電圧変化が発生するので、直流電圧の出力ラインにコモンモードのノイズ電流が流れる。このノイズ電流は、出力部に接続される低電圧バッテリなどに到達すると、この低電圧バッテリに接続されている他の電子機器に対して電磁干渉を引き起こす。

【0005】

上記ノイズ電流は出力部の負極を通して金属筐体およびフレームグランドを流れる。また、スイッチング素子と金属筐体との間に形成される浮遊容量により、スイッチング素子がターンオンまたはターンオフした際に、急峻な電圧変化が発生し、金属筐体およびフレームグランドにコモンモードのノイズ電流が流れる。これらのノイズ電流が、フレームグランドとワイヤーハーネスとの間などに形成される浮遊容量を通して、入力部に接続されている高電圧バッテリなどに到達すると、この高電圧バッテリに接続されている他の電子機器に対して電磁干渉を引き起こす。

【0006】

特許文献１に記載のスイッチング電源装置では、入力部側の電磁干渉対策のため、直流入力ラインにコモンモードチョークコイルが設けられ、出力部側の電磁干渉対策のために、直流出力ラインにチョークコイルとキャパシタによるフィルタ回路が設けられている。

【0007】

一方、ノイズの周波数帯においてコモンモードチョークコイルやチョークコイルのインピーダンスを大きくするには、コイルの巻数を増やす必要がある。しかし、そのことによりコイルの巻線に起因する銅損による電力損失は大きくなり、電力変換効率の低下を招く。また、コモンモードチョークコイルの電力損失が大きくなると、コモンモードチョークコイルを構成するコアがキュリー温度に近づくことによって、コモンモードチョークコイルのインピーダンスが低下すると、ＥＭＩノイズが大きくなる場合がある。

【0008】

そこで、本発明の目的は、ＤＣ－ＤＣコンバータとノイズ低減回路とを備えたスイッチング電源装置において、スイッチング素子のスイッチング動作により発生するコモンモードノイズを抑制させた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】

【0009】

本開示の一例としてのスイッチング電源装置は、
直流入力電源の入力部と、直流電力の出力部と、ＤＣ－ＤＣコンバータと、ノイズ低減回路と、が設けられた回路基板を備える、
前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、入力キャパシタと、スイッチング回路と、出力平滑キャパシタと、を備え、
前記ノイズ低減回路は、前記回路基板に実装され、２つの入力端子及び２つの出力端子を有する表面実装型のコモンモードチョークコイルを備え、
前記コモンモードチョークコイルの前記２つの入力端子は、第１回路パターンを通して前記入力部の正極と負極とにそれぞれ電気的に接続され、
前記コモンモードチョークコイルの前記２つの出力端子は、第２回路パターンを通して前記入力キャパシタの２つの端子にそれぞれ電気的に接続され、
前記入力キャパシタの２つの端子は第３回路パターンを通して前記スイッチング回路の２つの入力端にそれぞれ接続され、
前記回路基板は、前記スイッチング回路のスイッチング動作によりスイッチング電流が流れる複数の電流経路として前記第１回路パターン、前記第２回路パターンおよび前記第３回路パターンを含み、
前記第２回路パターンの経路長は前記第３回路パターンの経路長よりも長く、
前記複数の電流経路のうち、前記第３回路パターンの経路長は、他の電流経路の経路長に比べて最も短く、
前記第１回路パターンが互いに並行に対面することで形成される第１寄生容量と、
前記第２回路パターンが互いに並行に対面することで形成される第２寄生容量と、
前記第１寄生容量、前記コモンモードチョークコイル及び前記第２寄生容量によるフィルタを有するノイズ平衡回路と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、多層回路基板の構造を用いて形成する寄生容量を用いてノイズ平衡回路が形成されることで、寄生容量による等価キャパシタンスにより部品数が削減され、ノイズ平衡回路において、スイッチング素子のスイッチング動作により発生するノイズを相殺して平衡化し、コモンモードノイズの発生を抑制したスイッチング電源装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１０１の回路図である。

【図2】図２は第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１０１に流れるノイズ電流の経路を示す図である。

【図3】図３はコモンモードチョークコイルの斜視図である。

【図4】図４はスイッチング電源装置の回路基板上の構成を示す斜視図である。

【図5】図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）は、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の、特に基板に対するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及び入力キャパシタＣｉの実装構造を示す図である。

【図6】図６は、第３の実施形態に係るスイッチング電源装置１０３Ａの回路図である。

【図7】図７は第３の実施形態に係る別のスイッチング電源装置１０３Ｂの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上、複数の実施形態に分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

【0013】

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１０１の回路図である。スイッチング電源装置１０１は、直流入力電源の入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２と、直流電力の出力部Ｐｏｕｔ１，Ｐｏｕｔ２と、ＤＣ－ＤＣコンバータ２と、ノイズ低減回路１と、が設けられた回路基板を備える。

【0014】

ＤＣ－ＤＣコンバータ２は、入力キャパシタＣｉ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によるスイッチング回路、キャパシタＣ１，Ｃ２、平滑コイルＳＣ、絶縁トランスＴＲ、ダイオードＤ１，Ｄ２、出力平滑キャパシタＣｏ及びチョークコイルＣＣを含んで構成されている。

【0015】

ノイズ低減回路１は、上記回路基板に実装され、２つの入力端子Ｔｉ１，Ｔｉ２及び２つの出力端子Ｔｏ１，Ｔｏ２を有する表面実装型のコモンモードチョークコイルＣＭＣＣを備える。

【0016】

コモンモードチョークコイルＣＭＣＣの２つの入力端子Ｔｉ１，Ｔｉ２は、第１回路パターンＰＰ１１，ＰＰ１２を通して入力部の正極（Ｐｉｎ１）と負極（Ｐｉｎ２）とにそれぞれ電気的に接続されている。第１回路パターンＰＰ１１，ＰＰ１２の間にはＸキャパシタＣｘが設けられている。また、入力キャパシタＣｉの両端とフレームグランドＦＧとの間にはＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２が設けられている。

【0017】

コモンモードチョークコイルＣＭＣＣの２つの出力端子Ｔｏ１，Ｔｏ２は、第２回路パターンＰＰ２１，ＰＰ２２を通して入力キャパシタＣｉの２つの端子にそれぞれ電気的に接続されている。

【0018】

入力キャパシタＣｉの２つの端子は第３回路パターンＣＰ１，ＣＰ２を通して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によるスイッチング回路の２つの入力端にそれぞれ接続されている。

【0019】

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と絶縁トランスＴＲの１次巻線の一端との間に平滑コイルＳＣが接続されていて、絶縁トランスＴＲの１次巻線の他端はキャパシタＣ１，Ｃ２を通して第２回路パターンＰＰ２１，ＰＰ２２に接続されている。

【0020】

絶縁トランスＴＲの２次巻線にはダイオードＤ１，Ｄ２及び出力平滑キャパシタＣｏ及びチョークコイルＣＣが接続されている。

【0021】

以下、スイッチング電源装置１０１の動作について示す。直流入力電源ＰＳは例えばリチウムイオン電池であり、例えば数百Ｖ程度（２００Ｖから６００Ｖ程度）の高電圧バッテリであり、その直流電圧が入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２に入力される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はスイッチング制御回路からの制御信号によって制御され、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２は交互にオン／オフされる。このスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によるスイッチング回路の出力電圧は絶縁トランスＴＲの一次巻線に印加され、スイッチング回路の出力電流は絶縁トランスＴＲの一次巻線に流れる。ダイオードＤ１，Ｄ２は絶縁トランスＴＲの二次巻線の出力電流を整流する。ダイオードＤ１，Ｄ２は本発明に係る整流素子の一例である。出力平滑キャパシタＣｏはダイオードＤ１，Ｄ２による整流電圧を平滑する。チョークコイルＣＣは出力平滑キャパシタＣｏと出力部Ｐｏｕｔ１，Ｐｏｕｔ２との間に流れる電流を平滑化する。負荷Ｌｏは例えば鉛蓄電池であり、例えば１２Ｖ程度の低電圧バッテリである。

【0022】

上記回路基板はスイッチング回路のスイッチング動作によりスイッチング電流が流れる複数の電流経路を備える。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及び入力キャパシタＣｉは、第３回路パターンＣＰ１，ＣＰ２を含む電流ループを形成する。そして、第２回路パターンＰＰ２１，ＰＰ２２の経路長は第３回路パターンＣＰ１，ＣＰ２の経路長よりも長い。また、上記複数の電流経路のうち、第３回路パターンＣＰ１，ＣＰ２の経路長は、他の電流経路の経路長に比べて最も短い。

【0023】

上記ＸキャパシタＣｘは、第１回路パターンＰＰ１１，ＰＰ１２が互いに並行に対面して生じる寄生容量であり、本発明に係る「第１寄生容量」に対応する。また、上記ＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２は、第２回路パターンＰＰ２１，ＰＰ２２が互いに並行に対面して生じる寄生容量であり、本発明に係る「第２寄生容量」に対応する。

【0024】

上記ＸキャパシタＣｘ、コモンモードチョークコイルＣＭＣＣ及びＹキャパシタＣｙ１、Ｃｙ２により、Ｃ－Ｌ－Ｃのπ型ローパスフィルタが形成される、このローパスフィルタによりノイズが低減される。特に、第２寄生容量はコモンモードノイズを低減する。

【0025】

図１に示す例では、ＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２とフレームグランドＦＧとを直接接続しているが、このＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２とフレームグランドＦＧとは容量性素子又はインピーダンス素子を通して電気的に接続してもよい。そのことにより、フレームグランドＦＧの材質や構造に適用した効果的なノイズ低減効果が得られる。

【0026】

直流入力電源ＰＳには、この直流入力電源ＰＳから電力供給を受けて高電圧で動作する他の電子機器が接続されている。この他の電子機器は例えばインバータやモータである。また、負荷Ｌｏは低電圧バッテリであり、この低電圧バッテリから又はスイッチング電源装置１０１から電力供給を受ける。この他の電子機器は、上記低電圧で動作する例えばカーナビゲーションシステムや無線通信装置である。

【0027】

本実施形態のスイッチング電源装置１０１では、図１に示したように、回路基板はスイッチング回路のスイッチング動作によりスイッチング電流が流れる複数の電流経路を備える。そして、第２回路パターンＰＰ２１，ＰＰ２２の経路長は第３回路パターンＣＰ１，ＣＰ２の経路長よりも長い。また、上記複数の電流経路のうち、第３回路パターンＣＰ１，ＣＰ２の経路長は、他の電流経路の経路長に比べて最も短い。このことにより、ノイズ発生源であるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングにより発生するコモンモードノイズ電流は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及び入力キャパシタＣｉによる電流ループを流れる。この電流ループの一部である第３回路パターンＣＰ１，ＣＰ２の経路長は、他の電流経路の経路長に比べて最も短い。したがって、この電流ループから生じるコモンモードノイズは充分に抑制される。

【0028】

次に、ノイズ低減回路１の作用について説明する。図２は第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１０１に流れるノイズ電流の経路を示す図である。

【0029】

図２において、直流入力電源ＰＳには、この直流入力電源ＰＳから電力供給を受ける他の電子機器２０１が接続されている。この他の電子機器２０１は高電圧で動作する、例えばインバータやモータである。また、この例では、負荷Ｌｏは低電圧バッテリであり、この低電圧バッテリから又はスイッチング電源装置１０１から電力供給を受ける他の電子機器２０２が接続されている。この他の電子機器２０２は上記低電圧で動作する、例えばカーナビゲーションシステムや無線通信装置である。

【0030】

スイッチング電源装置１０１は、フレームグランドＦＧに導通する金属筐体内に設けられている。スイッチング電源装置１０１を構成する回路基板のグランドパターンは金属筐体を通してフレームグランドＦＧに導通している。すなわち、スイッチング電源装置１０１の出力部の負極Ｐｏｕｔ２は金属筐体に接続されている。このことにより、フィードバック制御回路の動作が安定し、ノイズ低減効果が高い。

【0031】

他の電子機器２０１とフレームグランドＦＧとの間に寄生容量Ｃｓ１、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と金属筐体との間に寄生容量Ｃｓ２がそれぞれ形成されている。

【0032】

上述のとおり、他の電子機器２０１はインバータやモータであり、絶縁体シートを通して電気的に絶縁状態且つ熱的に伝導状態でフレームグランドＦＧに搭載されている。この絶縁体シートを介在する部分に寄生容量Ｃｓ１が生じる。

【0033】

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、発生する熱を金属筐体及びフレームグランドＦＧに放熱するため絶縁体シートを通して金属筐体に対して熱的に結合している。この絶縁体シートを介在する部分に上記寄生容量Ｃｓ２が生じる。

【0034】

従来の回路構成では、ノイズ発生源であるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からのコモンモードノイズ電流は寄生容量Ｃｓ２，Ｃｓ１及びフレームグランドＦＧを経由して他の電子機器２０１に流れる。このことにより、他の電子機器２０１に電磁干渉を引き起こす。また、フレームグランドＦＧに流れるコモンモードノイズ電流により高周波磁界が発生し、移動体から外部へ電磁ノイズが放射される。そのことにより、外部の移動体や外部の電子機器に電磁干渉を引き起こす。

【0035】

また、コモンモードノイズ電流の経路において、コモンモードノイズ電流が流れることによるジュール損失が生じる。したがって、この損失分による電力変換効率の低下も生じる。

【0036】

一方、本実施形態のスイッチング電源装置１０１では、図２に示すように、ノイズ発生源であるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からのコモンモードノイズ電流は寄生容量Ｃｓ２及びフレームグランドＦＧを経由してＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２を経由して還流する。このことにより、ノイズ電流が入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２に到達せず、他の電子機器２０１に対する電磁干渉が防止される。

【0037】

ＸキャパシタＣｘとＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２との間にコモンモードチョークコイルＣＭＣＣが設けられているので、ＸキャパシタＣｘ、コモンモードチョークコイルＣＭＣＣ及びＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２により、コモンモードノイズに対するローパスフィルタが形成され、このローパスフィルタによって、電子機器２０１に対するノイズ電流が抑制される。

【0038】

本実施形態のスイッチング電源装置の他の特徴的な作用効果について次に述べる。

【0039】

（ａ）図１で表現したとおり、コモンモードチョークコイルＣＭＣＣと入力キャパシタＣｉとの間に、ＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２が電気的に接続されている。このことにより、コモンモードチョークコイルＣＭＣＣとＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２とで２つのローパスフィルタが構成されて、ノイズ低減効果が大きい。

【0040】

（ｂ）スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によるスイッチング回路は多層回路基板の一方主面に配置され、入力キャパシタＣｉは多層回路基板の他方主面に配置される（第２の実施形態、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）を参照）。入力キャパシタＣｉ及びスイッチング回路に流れる電流ループの面は多層回路の他の回路部を流れる電流経路に対して非並行であって、入力キャパシタＣｉは、多層回路基板上のスイッチング回路の一端の接続部と他端の接続部とに最短となるように、例えば、１または複数のスルーホール導体を通して直接的に接続されている。このことにより、スイッチング回路と入力キャパシタＣｉとに流れる電流経路の経路長を他の電流経路の経路長に比べて最も短くできる。

【0041】

（ｃ）ＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２の接続点は、フレームグランドＦＧに電気的に接続されているので、ＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２はコモンモードノイズを効率的に低減する。

【0042】

（ｄ）ＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２の接続点は、フレームグランドＦＧに電気的に接続されている。このことによりコモンモードノイズ電流の低減効果が高い。なお、容量性素子又はインピーダンス素子を通して、電気的にフレームグランドに接続してもよい。

【0043】

（ｅ）直流電力の出力部Ｐｏｕｔ１，Ｐｏｕｔ２のうちの負極（Ｐｏｕｔ２）は、スイッチング電源装置１０１の筐体のフレームグランドＦＧと同電位である。このことにより、出力電圧を検出して、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を制御することで出力電圧を所定値に安定化させる「フィードバック制御回路（図示を省略する。）」の動作が安定し、ノイズ低減効果が高い。

【0044】

（ｆ）ノイズ低減回路１は直流入力電源ＰＳと入力キャパシタＣｉとの間に位置して、回路基板において入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２とＤＣ－ＤＣコンバータ２との間に直線的に配置されている（第２の実施形態、図４を参照）。この構成では、回路を構成する複数の電子部品などにおいて、電磁干渉によるノイズの飛びつきを低減できるといった作用によりノイズ低減効果が大きい。

【0045】

（ｇ）ノイズ低減回路１は、正極と負極に対して対称となる構成であるので、コモンモードノイズの打ち消し効果が大きく、コモンモードノイズの発生が抑制される。

【0046】

（ｈ）ノイズ低減回路１は、その正極及び負極のパターンがコモンモードチョークコイルを実装するための部品実装ランドに比べて十分に大きい。このことにより、コモンモードチョークコイルにおける発熱の放熱性が高い。

【0047】

（ｉ）回路基板は、フレームグランド層を備えるので、ノイズ低減効果が高く、また、電力変換動作が安定化する。

【0048】

（ｊ）入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２の正極及び入力キャパシタＣｉの正極の面積に対して入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２の負極及び入力キャパシタＣｉの負極の面積が大きいので、スイッチング制御回路のノイズ耐量が高まり、スイッチング電源装置の動作上の安定性が高い。

【0049】

（ｋ）フレームグランドＦＧをＤＣ－ＤＣコンバータの出力部の負極と同電位とすることにより、シンプルな構造でノイズ平衡回路を構成することができ、ノイズ低減効果が高い。

【0050】

（ｌ）金属筐体を備え、それがフレームグランドＦＧと同電位となるように接続されているので、ノイズ低減効果が高い。

【0051】

（ｍ）回路基板を用いたノイズ低減回路１により形成されるノイズ平衡回路により、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２におけるスイッチング動作により発生するコモンモードノイズが相殺されて平衡化され、ノイズ低減効果を高めることができる。

【0052】

（ｎ）コモンモードノイズが相殺されて平衡化され、ノイズ低減効果を高めることができるとともに高い放熱特性が得られる。つまり、ノイズ低減効果と放熱効果を同時に実現できる。

【0053】

（ｏ）回路基板における正極と負極のパターンによる寄生容量を利用するので、実装部品としてのキャパシタの数を削減し、小型軽量化が可能となる。

【0054】

（ｐ）回路基板を用いた寄生容量をローパスフィルタのキャパシタとして用いるので、ノイズ低減効果が高い。

【0055】

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、特にスイッチング電源装置の回路基板の構造について例示する。

【0056】

図３はコモンモードチョークコイルの斜視図である。図４はスイッチング電源装置の回路基板上の構成を示す斜視図である。

【0057】

図３に示すように、コモンモードチョークコイルＣＭＣＣは直方体状であり、下面に４つの端子Ｔｉ１，Ｔｉ２，Ｔｏ１，Ｔｏ２を形成している。このコモンモードチョークコイルＣＭＣＣは、樹脂ケースの内部に、リング状の磁性体コアと、その磁性体コアを巻回する導電体によるトロイダルコイルとを備える。

【0058】

図４に示すように、回路基板ＰＷＢには、直流入力電源の入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２のコネクタ、ＸキャパシタＣｘ、コモンモードチョークコイルＣＭＣＣ、ＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２及びＤＣ－ＤＣコンバータ２を設けている。入力部の正極（Ｐｉｎ１）、入力キャパシタＣｉの正極、入力部の負極（Ｐｉｎ２）及び入力キャパシタＣｉの負極は、複数のスルーホール導体を通して回路基板ＰＷＢの複数の導体層にそれぞれ接続されている。このスイッチング電源装置の回路構成は第１の実施形態で示したとおりである。この構成により、放熱性が高く、また、導体損失が低減できる。

【0059】

図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）は、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の、特に基板に対するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及び入力キャパシタＣｉの実装構造を示す図である。図５（Ａ）は、入力キャパシタＣｉ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が実装された回路基板ＰＷＢの側方から視た斜視図である。図５（Ｂ）は、回路基板ＰＷＢの平面図、図５（Ｃ）は回路基板ＰＷＢの下面図である。

【0060】

入力キャパシタＣｉは、並列接続された３つのチップキャパシタで構成され、それぞれ回路基板ＰＷＢの下面に実装されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は回路基板ＰＷＢの上面に実装されている。入力キャパシタＣｉと、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とは、回路基板ＰＷＢの平面視で重なる位置関係にある。

【0061】

図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）において、矢印は、入力キャパシタＣｉ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からなる接続ループに流れる電流の経路を概念的に示している。

【0062】

このように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が回路基板ＰＷＢの一方主面に実装され、入力キャパシタＣｉが回路基板ＰＷＢの他方主面に実装されることにより、また、入力キャパシタＣｉと、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とは、回路基板ＰＷＢの平面視で少なくとも一部で重なることにより、入力キャパシタＣｉ及びスイッチング回路に流れる電流ループの面は回路基板ＰＷＢの他方主面に形成された回路部を流れる電流経路に対して非並行となる。また、入力キャパシタＣｉは、回路基板ＰＷＢ上においてスイッチング回路の一端の接続部と他端の接続部とに最短となるように直接的に接続されるので、入力キャパシタＣｉ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からなる接続ループに流れる電流の経路は極めて短くなる。

【0063】

また、本実施形態によれば、入力キャパシタＣｉ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からなる接続ループのループ面が回路基板ＰＷＢの面方向（側方）を向くので、回路基板ＰＷＢに実装されている他の部品とは磁界結合し難い。そのため、不要な結合によるノイズの伝搬や輻射が殆ど無い。

【0064】

なお、入力キャパシタＣｉは必ずしも回路基板の表面に実装されていなくてもよく、例えば、回路基板ＰＷＢを多層基板で構成し、この多層基板内に入力キャパシタＣｉを形成してもよい。

【0065】

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、入力部とスイッチング回路との間の構成が第１の実施形態で示した例とは異なるスイッチング電源装置について例示する。

【0066】

図６は、第３の実施形態に係るスイッチング電源装置１０３Ａの回路図である。スイッチング電源装置１０３Ａは、直流入力電源の入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２と、直流電力の出力部Ｐｏｕｔ１，Ｐｏｕｔ２と、ＤＣ－ＤＣコンバータ２と、ノイズ低減回路１と、が設けられた回路基板を備える。

【0067】

スイッチング電源装置１０３Ａは、図１に示したスイッチング電源装置１０１に比べて、ＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２と入力キャパシタＣｉとの間に第２コモンモードチョークコイルＣＭＣＣ２を備える点で異なる。この第２コモンモードチョークコイルＣＭＣＣ２はノイズ低減回路の一部である。

【0068】

例えば、第１コモンモードチョークコイルＣＭＣＣ１及び第２コモンモードチョークコイルＣＭＣＣ２の一方の自己共振周波数は０．５３ＭＨｚ以上１．８ＭＨｚ以下であり、他方の自己共振周波数は７６ＭＨｚ以上１０８ＭＨｚ以下である。このような構成によれば、ＡＭラジオ放送周波数帯（０．５３ＭＨｚ～１．８ＭＨｚ）およびＦＭラジオ放送周波数帯（７６ＭＨｚ～１０８ＭＨｚ）において、直流入力電源ＰＳに接続されている他の電子機器２０１へのノイズ電流の伝搬を効果的に抑制して、他の電子機器２０１との電磁干渉を低減できる。

【0069】

図７は第３の実施形態に係る別のスイッチング電源装置１０３Ｂの回路図である。

【0070】

スイッチング電源装置１０３Ｂも、図６に示したスイッチング電源装置１０３Ａと同様に、入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２と入力キャパシタＣｉとの間で、入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２の正極と負極との間に接続したＸキャパシタＣｘと、ＸキャパシタＣｘと入力キャパシタＣｉとの間で、入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２の正極と金属筐体及びフレームグランドＦＧとの間、入力部Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２の負極と金属筐体及びフレームグランドＦＧとの間にそれぞれ接続したＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２を備える。

【0071】

図７に示すスイッチング電源装置１０３Ｂでは、ＹキャパシタＣｙ１，Ｃｙ２と第１コモンモードチョークコイルＣＭＣＣ１との間に第２コモンモードチョークコイルＣＭＣＣ２を備える。例えば、第１コモンモードチョークコイルＣＭＣＣ１及び第２コモンモードチョークコイルＣＭＣＣ２の一方の自己共振周波数は０．５３ＭＨｚ以上１．８ＭＨｚ以下であり、他方の自己共振周波数は７６ＭＨｚ以上１０８ＭＨｚ以下である。このような構成でも、直流入力電源ＰＳに接続されている他の電子機器２０１へのノイズ電流の伝搬を効果的に抑制して、他の電子機器２０１との電磁干渉を低減できる。

【0072】

このように、面実装型のコモンモードチョークコイルＣＭＣＣを複数備えることにより、複数のπ型フィルタが構成され、高いノイズ低減効果が得られる。また、複数の特定周波数のノイズを低減できる。

【0073】

以上に示した実施形態以外に次のような構成のスイッチング電源装置を構成することもできる。

【0074】

図１、図２に示した例では、絶縁トランスＴＲの出力を整流する整流素子をダイオードＤ１，Ｄ２で構成したが、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と同期してスイッチングされる同期整流素子で構成してもよい。このことにより、整流素子での損失を低減できる。例えば、スイッチング電源装置１０１が電動車両に搭載されたＤＣ－ＤＣコンバータであるような場合に、ＤＣ－ＤＣコンバータでの損失を低減できる。

【0075】

また、図１、図２では、降圧型のＤＣ－ＤＣコンバータ２を備えるスイッチング電源装置について例示したが、昇圧型のＤＣ－ＤＣコンバータや昇降圧型のＤＣ－ＤＣコンバータを備えるスイッチング電源装置についても本発明は同様に適用できる。また、図１、図２等では、絶縁トランスＴＲを備える絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータ２を備えるスイッチング電源装置について例示したが、非絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータを備えるスイッチング電源装置についても本発明は同様に適用できる。

【0076】

最後に、本発明は上述した各実施形態に限られるものではない。当業者によって適宜変形及び変更が可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変形及び変更が含まれる。

【符号の説明】

【0077】

Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ
ＣＣ…チョークコイル
Ｃｉ…入力キャパシタ
ＣＭＣＣ…コモンモードチョークコイル
ＣＭＣＣ１…第１コモンモードチョークコイル
ＣＭＣＣ２…第２コモンモードチョークコイル
Ｃｏ…出力平滑キャパシタ
ＣＰ１，ＣＰ２…第３回路パターン
Ｃｓ２，Ｃｓ１…寄生容量
Ｃｘ…Ｘキャパシタ
Ｃｙ１，Ｃｙ２…Ｙキャパシタ
Ｄ１，Ｄ２…ダイオード
ＦＧ…フレームグランド
Ｌｏ…負荷
Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２…直流入力電源の入力部
Ｐｏｕｔ１，Ｐｏｕｔ２…直流電力の出力部
ＰＰ１１，ＰＰ１２…第１回路パターン
ＰＰ２１，ＰＰ２２…第２回路パターン
ＰＳ…直流入力電源
ＰＷＢ…回路基板
Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子
ＳＣ…平滑コイル
Ｔｉ１，Ｔｉ２…入力端子
Ｔｏ１，Ｔｏ２…出力端子
ＴＲ…絶縁トランス
１…ノイズ低減回路
２…ＤＣ－ＤＣコンバータ
１０１，１０３Ａ，１０３Ｂ…スイッチング電源装置
２０１，２０２…電子機器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】