(57)【要約】  いくつかの実施例では、装置はスイッチング回路を有するインバータを含む。更に、第１回路は第１回路グランドを有し、第２回路は第２回路グランドを有する。例えば、第２回路はスイッチング回路に電気的に接続されてもよく、第２回路グランドは第１回路グランドに電気的に接続されてもよい。第１キャパシタが、第１回路グランドと主グランドとの間に電気的に接続されてもよい。加えて、第２キャパシタが、第２回路グランドと主グランドとの間に電気的に接続されてもよい。加えて、主グランドに至る第１導電経路の第１インピーダンスは、主グランドに至る第２導電経路の第２インピーダンスよりも大きくてもよい。第１導電経路は第１回路グランドおよび第１キャパシタを含んでもよく、第２導電経路は第２回路グランドおよび第２キャパシタを含んでもよい。
2019182132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリに電気的に接続されて直流電流を受けて直流電流を交流電流に変換してモータに供給するスイッチング回路、を含むインバータと、
前記スイッチング回路に電気的に接続されて、前記スイッチング回路にスイッチング信号を供給するゲート駆動回路であって、前記ゲート駆動回路はゲート駆動回路グランドに電気的に接続された、ゲート駆動回路と、
モータ制御回路グランドに電気的に接続されたモータ制御回路であって、前記ゲート駆動回路グランドは、少なくとも１つのインダクタによって前記モータ制御回路グランドに電気的に接続された、モータ制御回路と、
車両グランドに至る導電経路を含むインバータハウジングと、
前記モータ制御回路グランドと、前記車両グランドに至る前記導電経路との間に電気的に接続された第１キャパシタと、
前記ゲート駆動回路グランドと、前記車両グランドに至る前記導電経路との間に電気的に接続された第２キャパシタと、
を備える、車両システム。
【請求項２】
前記第１キャパシタを含む第１導電経路の第１インピーダンスが、前記第２キャパシタを含む第２導電経路の第２インピーダンスよりも大きく、それにより前記スイッチング回路によって生成される電磁ノイズの少なくとも一部が、前記第２キャパシタを通過して前記車両グランドに渡る、請求項１に記載の車両システム。
【請求項３】
前記ゲート駆動回路、前記ゲート駆動回路グランド、前記モータ制御回路、および前記モータ制御回路グランドは、前記インバータハウジングに接続された回路基板上に配置されている、請求項２に記載の車両システム。
【請求項４】
前記ゲート駆動回路グランドを前記モータ制御回路グランドに電気的に接続する前記少なくとも１つのインダクタは、前記ゲート駆動回路グランドから前記モータ制御回路グランドに渡ることができる電磁ノイズの量を制限する電磁チョークとして構成される、請求項３に記載の車両システム。
【請求項５】
前記ゲート駆動回路グランドと、前記車両グランドに至る前記導電経路との間に電気的に接続された第３キャパシタであって、前記第３キャパシタは前記第２キャパシタと並列に接続され、前記第２キャパシタの静電容量よりも大きな静電容量を有する、第３キャパシタ、を更に備える、請求項１に記載の車両システム。
【請求項６】
前記第２キャパシタと直列に電気的に接続された抵抗であって、前記第１キャパシタを含む第１導電経路の第１インピーダンスが、前記第２キャパシタおよび前記抵抗を含む第２導電経路の第２インピーダンスよりも大きい、抵抗、を更に備える、請求項１に記載の車両システム。
【請求項７】
前記スイッチング回路は、前記ゲート駆動回路から受信したスイッチング信号に基づいてスイッチングを行う絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む、請求項１に記載の車両システム。
【請求項８】
スイッチング回路を含むインバータと、
第１回路グランドを有する第１回路と、
第２回路グランドを有する第２回路であって、前記第２回路は前記スイッチング回路に電気的に接続され、前記第２回路グランドは前記第１回路グランドに電気的に接続されている、第２回路と、
前記第１回路グランドと主グランドとの間に電気的に接続された第１キャパシタと、
前記第２回路グランドと前記主グランドとの間に電気的に接続された第２キャパシタと、を備え、
前記主グランドに至る第１導電経路の第１インピーダンスは、前記主グランドに至る第２導電経路の第２インピーダンスよりも大きく、前記第１導電経路は前記第１回路グランドおよび前記第１キャパシタを含み、前記第２導電経路は前記第２回路グランドおよび前記第２キャパシタを含む、装置。
【請求項９】
前記第２回路グランドは、前記第２回路グランドから前記第１回路グランドへの電磁ノイズの伝送を制限するインダクタによって、前記第１回路グランドに電気的に接続されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記インバータは、前記主グランドに電気的に接続された導電性インバータハウジングを含み、
前記第１キャパシタは前記導電性インバータハウジングの第１部分に電気的に接続され、
前記第２キャパシタは、前記導電性インバータハウジングの第２部分に電気的に接続されている、
請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記導電性インバータハウジング上に配置された回路基板を更に備え、
前記第１回路、前記第１回路グランド、前記第２回路、および前記第２回路グランドは、前記回路基板上に配置され、
前記主グランドに至る前記第１導電経路は、前記第１回路グランドを含む前記回路基板の少なくとも一部を含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
導電性プレートを更に備え、
前記回路基板は前記導電性プレート上に配置され、前記導電性プレートは前記導電性インバータハウジング上に配置されて、前記主グランドに至る前記導電経路の一部を提供し、
前記主グランドは、車両フレームまたは車体のうちの少なくとも１つであり、
低電圧ハーネスが前記回路基板に接続される、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２回路グランドと前記主グランドとの間に、前記第２キャパシタと並列に電気的に接続された第３キャパシタであって、前記第３キャパシタは前記第２キャパシタの静電容量よりも大きい静電容量を有する、第３キャパシタ、を更に備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２回路グランドと前記主グランドとの間に、前記第２キャパシタと直列に電気的に接続された抵抗を更に備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
前記スイッチング回路は絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含み、
前記第１回路はモータ制御回路を含み、
前記第２回路はゲート駆動回路を含む、
請求項８に記載の装置。
【請求項１６】
直流電流を交流電流に変換するスイッチング回路と、
第１回路グランドを有する第１回路と、
第２回路グランドを有する第２回路であって、前記第２回路は前記スイッチング回路に電気的に接続され、前記第２回路グランドは前記第１回路グランドに電気的に接続されている、第２回路と、
前記第１回路グランドと車両グランドとの間に電気的に接続された第１キャパシタと、
前記第２回路グランドと前記車両グランドとの間に電気的に接続された第２キャパシタと、を備え、
前記車両グランドに至る第１導電経路の第１インピーダンスは、前記車両グランドに至る第２導電経路の第２インピーダンスよりも大きく、前記第１導電経路は前記第１回路グランドおよび前記第１キャパシタを含み、前記第２導電経路は前記第２回路グランドおよび前記第２キャパシタを含む、インバータ。
【請求項１７】
前記第２回路グランドは、前記第２回路グランドから前記第１回路グランドへの電磁ノイズの伝送を制限するインダクタによって、前記第１回路グランドに電気的に接続されている、請求項１６に記載のインバータ。
【請求項１８】
前記インバータは、前記車両グランドに電気的に接続された導電性インバータハウジングを含み、
前記第１キャパシタは、前記導電性インバータハウジングの第１部分に電気的に接続され、
前記第２キャパシタは、前記導電性インバータハウジングの第２部分に電気的に接続されている、
請求項１６に記載のインバータ。
【請求項１９】
前記第２回路グランドと前記車両グランドとの間に、前記第２キャパシタと並列に電気的に接続された第３キャパシタであって、前記第３キャパシタは前記第２キャパシタの静電容量よりも大きい静電容量を有する、第３キャパシタを更に備える、請求項１８に記載のインバータ。
【請求項２０】
前記第２回路グランドと前記車両グランドとの間に、前記第２キャパシタと直列に電気的に接続された抵抗を更に備える、請求項１８に記載のインバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の電磁干渉抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のインバータモータ駆動システムでは、インバータのスイッチング回路内の半導体が、急速に切り替わる電圧および電流を生成する場合がある。この急速に切り替わる電力は、他のオンボード電子デバイスと干渉し得る、望ましくない電磁干渉（ＥＭＩ）を引き起こし得る。ＥＭＩを制御するために、自動車メーカー、国際標準化機関、および／または政府機関によって、電磁両立性（ＥＭＣ）要件が規定されている場合がある。例えば、インバータは典型的には、所定のＥＭＣ規格に準拠していることを確認するために試験される。場合によっては、ＥＭＣ規格では、放射放出（ＲＥ）および伝導放出（ＣＥ）に対して許容される最大のノイズレベル、ならびにイミュニティ試験のための入力／出力（Ｉ／Ｏ）信号のスレッショルドを規制し得る。しかしながら、ＥＭＩを制御する従来の努力は依然として不十分であり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
いくつかの実現形態は、電磁ノイズを低減するための構成および技術を含む。例えば、装置はスイッチング回路を有するインバータを含んでもよい。更に、第１回路は第１回路グランドを有し、第２回路は第２回路グランドを有する。例えば、第２回路はスイッチング回路に電気的に接続されてもよく、第２回路グランドは第１回路グランドに電気的に接続されてもよい。第１キャパシタが、第１回路グランドと主グランドとの間に電気的に接続されてもよい。加えて、第２キャパシタが、第２回路グランドと主グランドとの間に電気的に接続されてもよい。加えて、主グランドに至る第１導電経路の第１インピーダンスは、主グランドに至る第２導電経路の第２インピーダンスよりも大きくてもよい。第１導電経路は第１回路グランドおよび第１キャパシタを含んでもよく、第２導電経路は第２回路グランドおよび第２キャパシタを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
詳細な説明は、添付図面を参照して記載される。図面において、参照番号の最も左の桁は、参照番号が最初に現れる図を識別する。異なる図面における同じ参照番号の使用は、類似または同一の項目または特徴を示す。
【図１】本明細書のいくつかの実現形態による、低減されたＥＭＩを含む例示的なインバータモータ駆動システムを示す。
【図２】いくつかの実現形態による、インバータの拡大断面図を示す。
【図３】いくつかの実現形態による、図２の線３−３に沿って見たプリント回路基板およびインバータの上面図を示す。
【図４】いくつかの実現形態による、本明細書の構成および技術がＥＭＩ抑制をどのように改善し得るかの一例を示すグラフを示す。
【図５】いくつかの実現形態によるインバータの一例を示す。
【図６】いくつかの実現形態によるインバータの一例を示す。
【図７】いくつかの実現形態によるインバータの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本明細書の技術は、インバータによって生成されるＥＭＩを低減させるための新規の構成および技術を含む。本明細書ではインバータは、直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換するための、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または他のスイッチング回路などの、スイッチング回路を含み得る。インバータは更に、モータ制御回路、付随するモータ制御回路グランド、ゲート駆動回路、および付随するゲート駆動回路グランドを含み得る。
【０００６】
プリント回路基板は、モータ制御回路、モータ制御回路グランド、ゲート駆動回路、およびゲート駆動回路グランドを含み得る。インダクタ（例えば、インダクタ相当物として働くチップビーズ）が、モータ制御回路グランドをゲート駆動回路グランドに接続してもよい。プリント回路基板は、スイッチング回路を含むインバータハウジング上に取り付けることができる。インバータハウジングは、導電性であってもよく、および／または、車両の本体、車両のフレームなどの主グランドおよび／またはグランドプレーンに接地された、１つ以上の導電経路を含んでもよい。いくつかの実施例では、金属製のベースプレートまたは他の導体が、インバータハウジングと主グランド（グランドプレーン）とを電気的に接続することができる。
【０００７】
加えて、インバータ内のスイッチング回路は、少なくとも２本のリード線に接続されていてもよい。リード線のうちの第１リード線は、ゲートスイッチング信号をスイッチング回路に供給するためにゲート駆動回路に接続されてもよく、グランド回路に接続されてもよい。第２リード線は、ゲートグランド信号用に使用されてもよく、ゲート駆動回路グランドに接続されてもよい。
【０００８】
少なくとも１つの第１キャパシタは、ＭＣ回路グランドを、インバータハウジンググランドに、例えば、第１インバータハウジンググランドとして、接続してもよい。少なくとも１つの第２キャパシタは、ゲート駆動回路グランドを、インバータハウジンググランドに、例えば、第２インバータハウジンググランドとして、接続してもよい。第２キャパシタは、スイッチング回路によって引き起こされる放射ＥＭＩを低減させる役割を担うことができる。例えば、本明細書の構造および技術を用いることにより、ＶＨＦ（超高周波）帯域（例えば、約４５ＭＨｚ〜１０９ＭＨｚ）における電磁ノイズなどの放射エミッション（ＲＥ）は、様々なＥＭＣ要求に合格するために十分な量が抑制され得る。それに応じて、本明細書の実現形態は、ゲート駆動回路グランドとインバータハウジンググランドとの間に低インピーダンス経路を設け、それによりスイッチング回路によって生成されるノイズ電流をグランドプレーンに分流することにより、インバータモータ駆動システムによって生成されるＶＨＦ帯域範囲のＲＥノイズを効果的に抑制することができる。
【０００９】
場合によっては、第２キャパシタは、ゲート駆動回路グランドと第２インバータハウジンググランド位置との間の経路インピーダンスが、ゲート駆動回路グランド、インダクタ、モータ制御回路グランド、第１キャパシタ、および第１インバータハウジンググランド位置を含む経路のインピーダンスよりも小さくなることを可能にする、静電容量を有するように大きさが決められる。それに応じて、本発明の実現形態は、ＶＨＦ帯域のスイッチング回路によって生成される電磁ノイズのＲＥを低減させる。例えば、少なくとも１つの第２キャパシタが、ゲート駆動回路グランドとインバータハウジンググランドとの間に接続される。第２キャパシタの静電容量は、ゲート駆動回路グランドからインバータハウジンググランドまでの経路インピーダンスが、代替経路のインピーダンス、すなわちゲート駆動回路グランドから、チップビーズ（例えば、ゲート駆動回路グランドをモータ制御回路グランドに接続するインダクタとして機能する）、モータ制御回路グランドを通り、モータ制御回路グランドをインバータハウジンググランドに接続する１つ以上の第１キャパシタを通る経路のインピーダンス、よりも小さくなることが確保されるように選択される。
【００１０】
本明細書の実施例は、車両の低電圧信号ハーネスに沿って流れる電磁ノイズ電流の効果的な低減を提供し、ＶＨＦ帯域におけるＲＥノイズを抑制する。更に、本明細書の実施例は、単一の第２キャパシタの使用に限定されない。例えば、ノイズ伝達路内に第２キャパシタを含めることによって生じ得る、いかなる望ましくない振動をも減衰させるなどのために、１つ以上の抵抗を１つ以上の第２キャパシタに含めてもよい。加えて、本明細書の実施例は、第２キャパシタに１種類または１タイプのキャパシタのみを使用することに限定されない。例えば、第２キャパシタのノイズ電流バイパス性能を向上させるために、異なる静電容量を有するキャパシタ、ならびに異なるタイプのキャパシタを組み合わせて（例えば、並列または直列に）使用することができる。
【００１１】
議論の目的のために、いくつかの実現形態は、自動車用途におけるインバータのＥＭＩノイズ低減の環境において説明される。しかし、本明細書の実現形態は、提供される特定の例に限定されず、本明細書の開示内容に照らして当業者には明らかとなるように、他のサービス環境、他の用途、他のタイプの機器等に拡張され得る。
【００１２】
図１は、本明細書のいくつかの実現形態による、低減されたＥＭＩを含む例示的なインバータモータ駆動システム１００を示す。本実施例では、車両１０２は、インバータ１０４と、バッテリ１０６と、モータ１０８とを含む。例えば、インバータ１０４はスイッチング回路１１０を含んでもよく、スイッチング回路は高電圧ＤＣ（ＨＶＤＣ）ケーブル１１２を介してバッテリ１０６からＤＣ電力を受け取り、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＡＣ電力は高電圧ＡＣ（ＨＶＡＣ）ケーブル１１４を介してモータ１０８に伝送される。様々なタイプのスイッチング回路を使用することができるが、一例として、スイッチング回路１１０は、高電圧ＤＣ電流を、多段正弦波ＡＣ波形などの、不完全なまたは擬似正弦波に変換する、３相ＩＧＢＴ回路を含んでもよい。他の例では、スイッチング回路１１０は、方形波、完全正弦波、または他のＡＣ波形を生成することができる。それに応じて、本明細書の実現形態は、インバータ１０４に対して、いかなる特定タイプのＡＣ出力にも限定されない。
【００１３】
インバータ１０４は更に、プリント回路基板１２０上に配置されたゲート駆動回路１１６およびゲート駆動回路グランド１１８を含み、プリント回路基板は任意の適切なタイプの回路基板または支持体を含むことができる。加えて、インバータ１０４は、またプリント回路基板１２０上に配置された、モータ制御回路１２２およびモータ制御回路グランド１２４を含む。プリント回路基板１２０は、金属、導電性であってもよい、または他の方法でインバータハウジング１２８に電気的に接続された、ベースプレート１２６に取り付けられている。例えば、プリント回路基板１２０内の締結具１３０が、第１インバータハウジンググランド１３２および第２インバータハウジンググランド１３４を、ベースプレート１２６を介してインバータハウジング１２８に電気的に接続してもよい。
【００１４】
インバータハウジング１２８はまた、導電性であってもよく、そうでない場合は車体、車両フレームなどの車両の主グランドに相当し得るグランドプレーン１４０への導電経路を含んでもよい。例えば、インバータハウジング１２８は、グランドストラップ、または直接接続などのグランド接続１４２によってグランドプレーン１４０に電気的に接続されてもよい。バッテリ１０６はグランド接続１４４によってグランドプレーン１４０に接地されてもよく、モータ１０８はグランド接続１４６によってグランドプレーン１４０に接地されてもよい。加えて、インバータ１０４は、ＰＣＢ１２０およびその上に形成された回路を覆い保護するカバー１４８を含むことができる。
【００１５】
信号コネクタ１５０は、ＰＣＢ１２０を低電圧（ＬＶ）ハーネス１５２に接続することができ、低電圧（ＬＶ）ハーネス１５２は、車両１０２内の他の電子部品１５４に接続することができる。例えば、ＬＶハーネス１５２は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）（図１には示されず）を相互接続して、ＥＣＵ間の通信を可能にし、ならびに様々な他の車両エレクトロニクスに接続する役割を担うことができる。例えば、車両速度コントローラ（例えば、フットペダル）（図１には示されず）は、例えばモータ１０８の速度を制御して、それにより車両１０２の速度を制御するために、ＬＶハーネス１５２および信号コネクタ１５０を介して、モータ制御回路１２２に信号を送信することができる。一例として、回転角度センサリゾルバを使用して、モータ回転の程度を測定し、これらの程度の信号をＬＶハーネス１５２を介してモータ制御回路１２２にフィードバックすることができ、ここでモータ速度が計算され、ドライバ設定（例えば、ペダル位置）と比較され、それに応じてモータ速度を制御することができる。例えば、モータ速度がドライバ設定よりも低い場合、モータ制御回路１２２は、スイッチング回路１１０内のＩＧＢＴを、より長い時間、開くようにするゲート信号を生じさせるために、ゲート駆動回路１１６に信号を送ることができ、それによりインバータ１０４は、より多くの電流をモータ１０８に出力してモータ速度を増加させる。
【００１６】
本発明者らは、従来のシステムでは、ＬＶハーネス１５２が、インバータ１０４に由来するＶＨＦ帯域の放射電磁干渉（すなわち、放射放出）の極めて大きな原因であり得ると判断した。例えば、ノイズ信号は、スイッチング回路１１０から、１つ以上のゲート駆動回路リード線１５６を通り、ゲート駆動回路グランド１１８を通り、インダクタ１５８（例えば、ゲート駆動回路グランド１１８をモータ制御回路グランド１２４に接続するＰＣＢビーズ）を通り、モータ制御回路グランド１２４を通り、信号コネクタ１５０を通り、ＬＶハーネス１５２の中に流れ得る。ノイズ信号は、他の電子部品１５４と干渉し得るＥＭＩとして、ＬＶハーネス１５２から放射性放出として放出され得る。
【００１７】
スイッチング回路１１０に由来する電磁ノイズがモータ制御回路１２２に影響を及ぼすことを防止するために、ゲート駆動回路グランド１１８をモータ制御回路グランド１２４から分離することができる。上述のように、ゲート駆動回路グランド１１８は、単に１つだけの接続を介して、例えば、電磁チョークとして機能するチップビーズまたは他のインダクタ１５８の１つ以上を介して、モータ制御回路グランド１２４に接続することができる。例えば、電磁チョークは、高周波の交流電流を抑制する受動電気部品であり、コイル、フェライトビーズ等を含むことができる。よって、インダクタ１５８は、そうでない場合はゲート駆動回路グランド１１８からモータ制御回路グランド１２４に伝送されるであろう、いくらかのＥＭＩを低減させることができる。
【００１８】
加えて、いくつかの実施例では、１つ以上の第１キャパシタ１６０が、モータ制御回路グランド１２４をインバータハウジング１２８に、例えば第１インバータハウジンググランド１３２において、接続することができる。例えば、モータ制御回路グランド１２４を第１インバータハウジンググランド１３２に直接接続するよりもむしろ、モータ制御回路１２２を静電気放電から保護するために、１つ以上の第１キャパシタ１６０を第１インバータハウジンググランド１３２に接続し、それを介してグランドプレーン１４０に接続してもよい。１つ以上の第１キャパシタ１６０は、例えばノイズ信号がグランドプレーンに移動する際のインダクタンスの増加ゆえに、例えばＬＶ信号ハーネス１５２によって放出されるＶＨＦ帯域のＲＥノイズを増加させる傾向があり得る。
【００１９】
インバータ１０４によって引き起こされるＲＥノイズ放出を低減させるために、本発明の実現形態は、ゲート駆動回路グランド１１８を第２インバータハウジンググランド１３４に接続する少なくとも１つの第２キャパシタ１７０を含む。例えば、第２キャパシタ１７０は、スイッチング回路によって生成されたノイズが、キャパシタ１７０、ベースプレート１２６、およびハウジング１２８を通ってグランドプレーン１４０に流れることができるように、大きさを決めることができる。いくつかの実施例では、以下で論じるように、第２キャパシタ１７０は、１０ｐＦから１００ｎＦの間の静電容量を有してもよい。更に、いくつかの実施例では、第２キャパシタ１７０は、１００ｐＦから１０ｎＦの間の静電容量を有してもよい。
【００２０】
場合によっては、第２キャパシタ１７０の静電容量は、１つ以上の第１キャパシタ１６０の静電容量、およびＰＣＢ１２０のＰＣＢトレースインダクタンス、ならびに第２キャパシタ１７０と第２インバータハウジンググランド１３４との間のＰＣＢトレースインダクタンスに基づいて決定されてもよい。第２キャパシタの静電容量を決定する追加の詳細は、例えば図３に関して以下で論じる。よって、本明細書ではインバータ１０４は、ＶＨＦ帯域のＲＥノイズを抑制するために、規定された位置に指定された静電容量を含む、キャパシタ１７０のうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００２１】
図２は、いくつかの実現形態による、インバータ１０４の拡大断面図を示す。本実施例では、スイッチング回路１１０の一例がＩＧＢＴ２０２として示されており、ＩＧＢＴ２０２は、ＤＣ入力から３相交流（ＡＣ）を生成するための、小電圧（例えば１５ボルト等）を使用して電流／電圧の制御を可能にする半導体である。各対は、第１ＳＣＲ回路２０４および第２ＳＣＲ回路２０６を含む。更に、場合によっては、キャパシタ２０８は正のラインと負のラインとの間に含まれてもよい。例えば、キャパシタ２０８は、スイッチング回路１１０の両端に安定した電圧を維持し、スイッチング回路１１０を瞬間的な電圧スパイクから保護することを助けるために使用し得る、大きな値、例えば数百μＦのＤＣリンクキャパシタであってもよい。上述のように、ＩＧＢＴ２０２を駆動するために、少なくとも一対のリード線１５６がゲート駆動回路１１６をスイッチング回路１１０に接続してもよい。例えば、ＩＧＢＴ２０２のスイッチング回路にゲート信号を供給するために、第１リード線２１０がゲート駆動回路に接続されてもよい。加えて、第２リード線２１２はゲートグランド信号を伝達してもよく、ゲート駆動回路グランド１１８に接続されてもよい。
【００２２】
当該技術分野で知られているように、ゲート駆動回路１１６は、オン状態とオフ状態との間でＩＧＢＴ２０２のスイッチングを制御するために、ゲート駆動ロジックを含んでもよい。例えば、ゲート駆動回路１１６は、モータ制御回路からの信号を受信して、ゲート駆動回路１１６が、ＩＧＢＴ２０２のスイッチングを制御するためのスイッチング信号を送るようにさせてもよい。上述のように、モータ制御回路１２２は、モータの速度を制御するために、ＬＶハーネス１５２および信号コネクタ１５０を介してモータ制御信号を受信してもよく、対応する信号をゲート駆動回路１１６に送信してもよい。例えば、モータ制御回路１２２は、回転角度、モータコイル温度、およびＩＧＢＴ温度、出力電流などのインバータフィードバック信号、などのモータフィードバック信号を受信してもよい。これらのフィードバック信号の解析に基づいて、モータ制御回路１２２は、制御信号をゲート駆動回路１１６に送ることができる。
【００２３】
図２の例では、インバータハウジング１２８は１４０において接地されており、インバータハウジング１２８に電気的に接続された導電性ベースプレート１２６に取り付けられたプリント回路基板１２０を含む。スイッチング回路１１０はノイズを発生し、ノイズはゲート駆動回路グランド１１８に入り得る。ゲート駆動回路グランド１１８は、１つ以上のＰＣＢビーズまたは他の電磁チョークなどのインダクタ１５８によって、モータ制御回路グランド１２４に電気的に接続されている。少なくとも１つの第１キャパシタ１６０が、モータ制御回路グランド１２４を第１インバータハウジンググランド１３２に接続する。更に、少なくとも１つの第２キャパシタ１７０が、ゲート駆動回路グランド１１８を第２インバータハウジンググランド１３４に接続する。第２キャパシタ１７０は、ゲート駆動回路グランド１１８とインバータハウジンググランド１３４との間の経路インピーダンスを、ゲート駆動回路グランド１１８と、インダクタ１５８と、モータ制御回路グランド１２４と、第１キャパシタ１６０、および第１インバータハウジンググランド１３２との間の経路インピーダンスよりも小さくするような静電容量を有する。それに応じて、第２キャパシタ１７０は、ＶＨＦ帯域のノイズ電流がインバータハウジング１２８を介してバイパスされるように、ゲート駆動回路グランド１１８からグランドプレーン１４０への、より低いインピーダンス経路を提供し、それによりＬＶハーネス１５２に沿って流れるノイズ電流の効果的な低減が可能になり、ＬＶハーネス１５２によって放出されるＶＨＦ帯域の放射放出ノイズが低減される。
【００２４】
図３は、いくつかの実現形態による、図２の線３−３に沿って見たプリント回路基板１２０およびインバータ１０４の上面図を示す。本実施例では、静電気放電の可能性を低減させるために、モータ制御回路グランド１２４を、対応する第１インバータハウジンググランド１３２（ａ）、１３２（ｂ）、および１３２（ｃ）に接続する、３つの第１キャパシタ１６０（ａ）、１６０（ｂ）、および１６０（ｃ）がある。加えて、第２キャパシタ１７０は、ゲート駆動回路グランド１１８を第２インバータハウジンググランド１３４に接続する。
【００２５】
上述したように、電磁ノイズ放射の低減を可能にするために、第２キャパシタ１７０の静電容量を決定するために、プリント回路基板（ＰＣＢ）１２０のトレースインダクタンスＬは、以下の式に基づいて最初に決定され得る。
【数１】
2019182132.tif 000003
ここで、ｈはＰＣＢ部分のｍｍを単位とした高さ（例えば、図３に示されるモータ制御回路グランド１２４の高さ）であり、ｗはＰＣＢ部分のｍｍを単位とした幅（例えば、図３に示されるモータ制御回路グランド１２４の幅）であり、ｔはＰＣＢトレースのｍｍを単位とした厚さである。例えば、６層ＰＣＢなどの、いくつかのＰＣＢでは、厚さｔは１８μｍ程度であってもよい。
【００２６】
更に、本実施例では、第１キャパシタ１６０（ａ）、１６０（ｂ）、および１６０（ｃ）の静電容量Ｃ１は、それぞれ９ｎＦであると想定する。加えて、第１キャパシタ１６０（ａ）〜１６０（ｃ）が互いに異なる静電容量Ｃ１を有する場合、最も低い静電容量Ｃ１を使用することができる。上記の式（１）に基づいて、モータ制御回路グランド１２４のトレースインダクタンスＬ１を計算することができる。加えて、上記の式（１）に基づいて、ゲート駆動回路グランド１１８のトレースインダクタンスＬｐを計算することができる。ノイズ信号を、ＬＶハーネスおよび第１キャパシタ１６０（ａ）〜１６０（ｃ）を介してではなく、第２キャパシタを通して通過させるために、第２キャパシタの静電容量Ｃ２のインピーダンスＺ２とインダクタンスＬｐの和を、第１キャパシタの静電容量Ｃ１のインピーダンスＺ１とトレースインダクタンスＬ１の和よりも小さくなるように制御することができる。以下の式は、ＶＨＦ帯域範囲、例えば、６７ＭＨｚで使用することができる。
【数２】
2019182132.tif 000004
【００２７】
それに応じて、第１静電容量Ｃ１＝９ｎＦであり、モータ制御回路グランド１２４のＰＣＢトレースの概略サイズが１６ｃｍ×１１ｃｍ×１８μｍであり、ＰＣＢトレースのＬｐに対応するインダクタンスの概略サイズが２１ｍｍ×３ｍｍ×１８μｍである、典型的なプリント回路基板に対して、静電容量値Ｃ２は１０ｐＦよりも大きい可能性がある。換言すれば、ＰＣＢトレースインダクタンスＬｐは、キャパシタ１７０と第２インバータハウジンググランド１３４との間のＰＣＢトレースの高さｈ２および幅ｗ２のみに基づいて決定される。
【００２８】
これに対して、値Ｃ２が大き過ぎると、第２キャパシタ１７０が大き過ぎてプリント回路基板１２０上に収容することができないので望ましくない。その結果、実験による経験に基づき、第２キャパシタ１７０の静電容量Ｃ２は１００ｎＦ未満に制限され得る。更に、いくつか実施例では、第２キャパシタ１７０の静電容量Ｃ２の範囲は、例えば、Ｃ２とＬｐの和である全インピーダンスが、第１キャパシタ１６０の範囲に対して十分に低く維持されることを保証するために、１００ｐＦから１０ｎＦの範囲に更に制限され得る。
【００２９】
ここで第２キャパシタ１７０を含まない場合、スイッチング回路に由来するノイズ電流は、ゲート駆動回路グランド１１８に流れ込み、次いでインダクタ１５８（例えば、チップビーズまたは他の電磁チョーク）を通過して、モータ制御回路グランド１２４に入る場合がある。ノイズ電流は、モータ制御回路グランド１２４および第１キャパシタ１６０および信号コネクタ１５０を通って流れ、ＬＶハーネス１５２を介して外に出る場合がある。例えば、高周波数範囲では、この経路は比較的高いインピーダンスを有し、例えば電圧ステアリングアンテナ効果のために強く放射する場合がある。
【００３０】
これに対して、上述したように配置された第２キャパシタ１７０を含むことにより、および第２キャパシタ１７０の静電容量Ｃ２を上述の手法で選択することにより、第２キャパシタ１７０の静電容量Ｃ２は制御され、ゲート駆動回路グランド１１８と第２インバータハウジンググランド１３４との間に、より低いインピーダンス経路が形成される。従って、モータ制御回路グランド１２４を流れる代わりに、スイッチング回路によって引き起こされるノイズ電流は、より低いインピーダンスを有するその経路に基づいて、インバータハウジンググランド１３４に移り得る。それに応じて、本明細書の実現形態は、ＬＶハーネス１５２に沿って流れるノイズ電流を低減させ、ＶＨＦ帯域範囲内の対応するＲＥノイズも低減させる。
【００３１】
図４は、いくつかの実現形態による、本明細書の構成および技術がＥＭＩ抑制をどのように改善し得るかの一例を示すグラフ４００を示す。この例では、第１プロット４０２は１つ以上の第２キャパシタを含まないノイズを表し、第２プロット４０４は上述のように第２キャパシタを含むノイズを表す。４０６に示すように、第２キャパシタ無しでは、６５から７０ＭＨｚの間の範囲のノイズは、例えば、車両製造者、標準化団体、または政府機関によって規定され得る、所定のピークリミット４０８を超える可能性がある。一方、４１０で示すように、第２キャパシタの追加後、上述のように、６５から７０ＭＨｚの間のノイズは、所定のピークリミット４０８を下回るまで低減され得る。
【００３２】
図５は、いくつかの実現形態によるインバータ１０４の一例を示す。本実施例では、抵抗５０２が第２キャパシタ１７０と直列に含まれている。例えば、抵抗５０２を含むことが、第２キャパシタ１７０の追加によって生じ得る望ましくない発振を減衰させる役割を担い得る。抵抗５０２の抵抗値は、第２キャパシタの全体的なインピーダンスおよびＰＣＢトレースインダクタンスＬｐを決定する際に決定され考慮され得る。例えば、抵抗５０２を含むことでインピーダンスが増加するので、第２キャパシタの静電容量はそれに応じて、第２キャパシタによって提供される経路の全体的なインピーダンスＺ２を上述したインピーダンスＺ１より小さく保つように調整され得る。一例として、抵抗５０２の抵抗値は０．１から１０オームの範囲内であってもよいが、他の状況では、より小さいまたはより大きい抵抗値を有する抵抗が適切であり得る。
【００３３】
図６は、いくつかの実現形態によるインバータ１０４の一例を示す。本実施例では、２つの第２キャパシタ１７０が第２インバータハウジンググランド１３４に並列に接続されている。例えば、第２キャパシタ１７０（ａ）は第２インバータハウジンググランド１３４（ａ）に接続されてもよく、第２キャパシタ１７０（ｂ）は第２インバータハウジンググランド１３４（ｂ）に接続されてもよく、これは１３４（ａ）と同じ場所であってもよくまたは異なる場所であってもよい。各キャパシタは、上述のように大きさが決められ選択され得る。
【００３４】
場合によっては、キャパシタ１７０（ａ）は、キャパシタ１７０（ｂ）よりも大きな静電容量を有してもよく、上述したように、第２キャパシタ１７０（ａ）または１７０（ｂ）のいずれかを通る経路のインピーダンスが、第１キャパシタ１６０を通る経路と、モータ制御回路グランド１２４のＰＣＢトレースとを加えた経路のインピーダンスよりも小さくなるように、キャパシタ１７０（ａ）および１７０（ｂ）が両方とも、第１キャパシタ１６０よりも大きな静電容量を有してもよい。キャパシタ１７０（ｂ）の静電容量とは異なる静電容量を有するように、キャパシタ１７０（ａ）の大きさを決めることにより、図６の実現形態は、より広い範囲のノイズ除去を、例えば単一の静電容量のキャパシタが使用されたとした場合よりも、より広い周波数範囲にわたって、実現することができる。
【００３５】
更に、他の実施例では、更に２つの第２キャパシタが直列に接続され、それらの総静電容量が上述した範囲となるように大きさを決めることができる。更に、いくつかの例示的な構成が本明細書に図示され説明されているが、多くの他の変形が、本明細書の開示の便宜を受けた当業者には明らかとなるであろう。
【００３６】
図７は、いくつかの実現形態によるインバータ１０４の一例を示す。本実施例では、ゲート駆動回路グランド１１８とモータ制御回路グランド１２４との間で、インダクタ１５８（例えば、ゲート駆動回路グランド１１８とモータ制御回路グランド１２４とを接続するＰＣＢビーズによるインダクタンス等価物）が除去されている。それに応じて、モータ制御回路グランド１２４とゲート駆動回路グランド１１８とを直接接続する電気的接続７０２によって示されるように、モータ制御回路グランド１２４はゲート駆動回路グランド１１８と、ＰＣＢ１２０上で直接、電気的に接続していてもよい。インダクタ１５８によって表されるインダクタンスは、図１〜図６に関連して上述した他の実施例のいずれにおいても同様に除去してもよい。
【００３７】
主題は、構造的特徴および／または方法論的行為に特有の言語で記載されているが、添付の特許請求の範囲において規定された主題は、必ずしも記載された特定の特徴または行為に限定されないことを理解されたい。むしろ、特定の特徴および行為は、特許請求の範囲を実現する例示的な形態として開示されている。
【００３８】
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
米国特許出願１５／９２８，３２１（２０１８年３月２２日出願）
【図１】
2019182132.tif 000005
【図２】
2019182132.tif 000006
【図３】
2019182132.tif 000007
【図４】
2019182132.tif 000008
【図５】
2019182132.tif 000009
【図６】
2019182132.tif 000010
【図７】
2019182132.tif 000011
【国際調査報告】
2019182132.tif 000012
2019182132.tif 000013