(57)【要約】【課題】  小型、且つ、放射ノイズの発生が少ないスイッチング電源装置を提供する。【解決手段】  バッテリ電源と、前記バッテリ電源から所定電圧を生成するスイッチングレギュレータと、前記スイッチングレギュレータ入力側に、複数の周波数特性の異なるコンデンサを備えること、または、複数の容量の異なるコンデンサを備えることを特徴とする。  更に、スイッチングレギュレータの入力側に備えた周波数特性に優れたコンデンサの容量（Ｃin）は、スイッチングレギュレータ出力電圧（Ｖout ）とスイッチングレギュレータ出力側に備えたコンデンサ（Ｃout ）の積をバッテリ電圧（Ｖin）で除算した容量値以上であることを特徴とする。【選択図】図１
2006090245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ電源と、
前記バッテリ電源から所定電圧を生成するスイッチングレギュレータと、
前記スイッチングレギュレータ入力側に、複数の周波数特性の異なるコンデンサ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】
バッテリ電源と、
前記バッテリ電源から所定電圧を生成するスイッチングレギュレータと、
前記スイッチングレギュレータ入力側に、複数の容量の異なるコンデンサ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３】
前記請求項１、または、請求項２のスイッチング電源装置において、
スイッチングレギュレータの入力側に備えた周波数特性に優れたコンデンサの容量
（Ｃin）は、スイッチングレギュレータ出力電圧（Ｖout ）とスイッチングレギュレータ出力側に備えたコンデンサ（Ｃout ）の積をバッテリ電圧（Ｖin）で除算した容量値以上であることを特徴とする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、スイッチング電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換効率が優れていることから、スイッチングレギュレータは広く使用されている。しかし、これと相反し、放射ノイズを発生する欠点を有している。そこで、放射ノイズを低減する手法として、図５に示すように従来技術では、バッテリ１０側にコンデンサ
１０２，インダクタ１０１，コンデンサ２により構成されるπ型フィルタを設定している。
【０００３】
図５では、スイッチングレギュレータの一例として降圧型の構成を示している。降圧型のスイッチングレギュレータでは、スイッチ素子４をＰＷＭ動作させ、ＰＷＭ電圧をインダクタ７，コンデンサ８，整流素子６で平滑することにより所定電圧４ｂを、例えばマイクロコンピュータ９に供給している。
【０００４】
このスイッチ素子４がＯＮした際に、バッテリ１０から、電流がスイッチ素子４，インダクタ７を介してコンデンサ８に供給される。そのために、π型フィルタを設定していない場合は、この供給電流が過渡電流となり、放射ノイズが発生する。
【０００５】
しかし、π型フィルタが設定されている場合は、π型フィルタによりバッテリ１０側の高周波インピーダンスを高く設定されているために、過渡電流はコンデンサ２から供給され、ハーネス１０ａの電流変動は抑制され放射ノイズは低減される。尚、非特許文献１にはノイズについて記載されている。
【０００６】
【非特許文献１】ＣＱ出版社  電子回路ノイズ＆トラブル対策  茂木充著
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記従来技術の課題は、π型フィルタは部品点数が多く、また大きな実装面積を必要とする点である。また、コンデンサ２からスイッチ素子４がＯＮした際の過渡電流はコンデンサ２から供給されることとなるため、コンデンサ２には、リップル電流による発熱が発生する。コンデンサ２は一般的には安価で容量のあるアルミ電解コンデンサが使用されるが、アルミ電解コンデンサは等価直列インピーダンス（ＥＳＲ）が大きいためにリップル電流で発熱が発生することが知られている。そのために、アルミ電解コンデンサには許容リップル電流量が存在し、その範囲内で使用する必要がある。また、許容リップル電流は、等価直列抵抗とパッケージ容積により決定され、即ち、コンデンサ２は、容量よりも、許容リップル電流で決定される物が使用され、大きな実装面積を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスイッチング電源装置は、バッテリ電源と、前記バッテリ電源から所定電圧を生成するスイッチングレギュレータと、前記スイッチングレギュレータ入力側に、複数の周波数特性の異なるコンデンサを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、バッテリ電源と、前記バッテリ電源から所定電圧を生成するスイッチングレギュレータと、前記スイッチングレギュレータ入力側に、複数の容量の異なるコンデンサを備えることを特徴とする。
【００１０】
更に、スイッチングレギュレータの入力側に備えた周波数特性に優れたコンデンサの容量（Ｃin）は、スイッチングレギュレータ出力電圧（Ｖout ）とスイッチングレギュレータ出力側に備えたコンデンサ（Ｃout ）の積をバッテリ電圧（Ｖin）で除算した容量値以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスイッチング電源装置は、小型、且つ、放射ノイズの発生が少ない利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明のスイッチング電源装置は、例えば自動車のエンジン制御装置に適用される。
【００１４】
図１は、スイッチング電源装置を適用した自動車用エンジン制御装置の構成を示す図である。１は、自動車用エンジン制御装置を示す。１０はバッテリである。スイッチング電源装置は、スイッチ素子４をＰＷＭ制御して出力されたＰＷＭ電圧４ａをインダクタ７，コンデンサ８，整流素子６で平滑され、直流電圧４ｂを出力する。なお、この際に直流電圧４ｂは、コントローラ５でフィードバック制御され、スイッチ素子４のＰＷＭのＯＮ  ＤＵＴＹ値をコントロールすることにより、直流電圧４ｂを一定値に制御する。そして、直流電圧４ｂを例えばマイクロコンピュータ９に供給する。２は、容量が大きくとれるアルミ電解コンデンサであり、バッテリ１０からの電源１０ａの電圧変動を除去する。３は、周波数特性に優れた入力コンデンサであり、スイッチ素子４が動作する際に発生する高周波電流ノイズを除去する目的、また、電源１０ａの高周波電圧変動も除去する目的がある。即ち、アルミ電解コンデンサは、周波数特性は悪いが、容量を大きくとれる利点があり、逆に、積層セラミックコンデンサは容量が小さいが、周波数特性が優れている利点がある。
【００１５】
以下、図１の各部の電圧電流挙動を、波形図を用いて説明する。図２は、スイッチング電源装置出力段の各部の波形を示す図である。
【００１６】
スイッチング電源装置出力段の波形は、スイッチ素子４がＯＮしているタイミング２１とＯＦＦしているタイミング２２から成る。４ａは、スイッチ素子４の出力電圧波形である。タイミング２１では、スイッチ素子４がＯＮしているために、スイッチ素子４の出力電圧波形４ａは、バッテリ電圧１０ａの電圧となる。また、タイミング２２では、スイッチ素子４がＯＦＦして、インダクタ７に蓄えられたエネルギーから生成されるインダクタ７→コンデンサ８→整流素子６のループ電流により、整流素子の順方向電圧ＶＦ分負電圧となる。即ち、スイッチング電源装置の出力電圧波形は、スイッチ素子４がＯＮしているときは、バッテリ電圧１０ａをスイッチ素子４→インダクタ７→コンデンサ８のループで電流を流し、また、スイッチ素子４がＯＦＦしているときは、インダクタ７→コンデンサ８→整流素子６のループで電流を流して、平滑化した直流電圧４ｂを生成している。4a1は、スイッチ素子４の出力電流である。スイッチ素子４がＯＮしている間、バッテリ１０より電流を供給する。
【００１７】
６ａ１は、整流素子６の電流である。スイッチ素子４がＯＦＦしている間、前述のようにループ電流を供給する。７ａ１は、インダクタ７に流れるインダクタ電流である。図より明らかなように、インダクタ電流７ａ１は、スイッチ素子４の出力電流４ａ１と整流素子６の電流６ａ１との和により形成されている。また、４ｂはスイッチング電源装置の出力電圧である。なお、出力電圧４ｂのリップル電圧２３は、下式より算出される。
【００１８】
リップル電圧２３＝インダクタ電流７ａ１のリップル電流
×コンデンサ８のＥＳＲ
即ち、リップル電圧２３の小さい安定した出力電圧を得るためには、コンデンサ８の
ＥＳＲを小さくする必要がある。そこで、コンデンサ８はＥＳＲが小さく、且つ、実装面積が小さい積層セラミックコンデンサ等を適用する。
【００１９】
次に、スイッチング電源装置入力段の電圧電流挙動を波形図を用いて説明する。
【００２０】
図３は、スイッチングレギュレータ入力段の電圧電流挙動波形を示した図である。4a1は、図２で説明したスイッチ素子４の出力電流波形である。１０ａ４は、スイッチ素子４の入力電流波形であり、出力電流４ａ１と等価である。ここで、入力電流１０ａ４が、過渡的にバッテリからの電流１０ａ１から供給されると、この電流変動が放射ノイズとなる。しかし、本発明のスイッチングレギュレータは、アルミ電解コンデンサ２と入力コンデンサ３によりこれを防止している。入力電流１０ａ４の過渡電流の大部分は、入力コンデンサ３の供給電流１０ａ３により供給される。これは、積層セラミックコンデンサのESRが小さいために、周波数特性に優れているためである。これより、アルミ電解コンデンサ２はＥＳＲが大きいために、リップル電流１０ａ２は小さく抑えられる。また、リップル電流が小さくなるために、発熱が小さくなり、容量から決定されるコンデンサまで、アルミ電解コンデンサ２を小さくすることができる。以上より、スイッチングレギュレータのスイッチ素子４がＯＮした際に発生する過渡電流は、積層セラミックコンデンサで吸収され、バッテリ電流１０ａ１の変動は小さくできる。このために、本発明のスイッチング電源装置は、ノイズ放射を抑えることができる。
【００２１】
図４は、入力コンデンサ３が無い場合の、スイッチング電源装置入力段の電圧電流挙動波形を示した図である。前述した通り、４ａ１はスイッチ素子４の出力電流波形を示し、１０ａ４はスイッチ素子４の入力電流波形を示す。入力コンデンサ３が無い場合は、入力電流１０ａ４の大部分の過渡電流はアルミ電解コンデンサ２から供給される。そのために、アルミ電解コンデンサには、大きなリップル電流１０ａ２が発生する。このために、アルミ電解コンデンサは、この大きなリップル電流を許容する大きさの物を選定しなければならず、容量よりも許容リップル電流が選定の条件となる。また、アルミ電解コンデンサ２はＥＳＲが大きく周波数特性が悪い。そのために、入力電流１０ａ４の過渡電流は、アルミ電解コンデンサ２で吸収できず、バッテリ電流１０ａ１からも供給される。このバッテリ電流１０ａ１の大きな変動は、放射ノイズとなる。このように、アルミ電解コンデンサ２と並列に入力コンデンサ3を設定することは、アルミ電解コンデンサの小型化と放射ノイズの低減を図ることができる。また、放射ノイズを低減する方法としては、前述した従来技術である図５に示すように、π型フィルタを設定することがある。しかし、入力コンデンサ３の容量を下記の如く、最適に設定すれば、π型フィルタを必要としない。そこで、容量Ｃinの選定は、スイッチ素子４の出力コンデンサ８の容量をＣout 、出力電圧
４ｂをＶout 、入力バッテリ電圧１０ａをＶin、入力コンデンサ３の容量をＣinとすると、下式より選定される。
【００２２】
【数１】
2006090245.tif 000003
【００２３】
ここで、一例として、Ｃout＝２２ｕＦ，Ｖin＝１４Ｖ，Ｖout＝５Ｖとすると、Ｃinは下式より算出される。
【００２４】
【数２】
2006090245.tif 000004
【００２５】
即ち、本一例では、Ｃin＞７.９ｕＦ，Ｃout＝２２ｕＦのコンデンサをそれぞれ入力コンデンサ３およびコンデンサ８に適用すれば、π型フィルタを入力段に設定せずに、放射ノイズの低減ができる。
【００２６】
以上、本発明の一実施形態について記述したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で設計において種々の変更ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】スイッチング電源装置を適用した自動車用エンジン制御装置の構成を示す図。
【図２】スイッチング電源装置出力段の各部の波形を示す図。
【図３】スイッチングレギュレータ入力段の電圧電流挙動波形を示した図。
【図４】入力コンデンサ３が無い場合の、スイッチング電源装置入力段の電圧電流挙動波形を示した図。
【図５】従来技術のスイッチング電源装置。
【符号の説明】
【００２８】
１…自動車用エンジン制御装置、２…コンデンサ、３…入力コンデンサ、４…スイッチ素子、５…コントローラ、６…整流素子、７…インダクタ、８…コンデンサ、９…マイクロコンピュータ、１０…バッテリ。
【図１】
2006090245.tif 000005
【図２】
2006090245.tif 000006
【図３】
2006090245.tif 000007
【図４】
2006090245.tif 000008
【図５】
2006090245.tif 000009