(57)【要約】  ＤＣＤＣコンバータが、電力供給源に接続される入力端子、負荷に接続される出力端子、スイッチング素子、フリーホイールダイオード、インダクタ、入力側平滑コンデンサ、及び出力側平滑コンデンサを含む。フリーホイールダイオード、出力端子に接続される負荷、及びインダクタを含む還流経路上の点と、スイッチング素子と入力端子との間の電流経路上の点とを、第１のコンデンサが接続する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給源に接続される入力端子、負荷に接続される出力端子、スイッチング素子、フリーホイールダイオード、インダクタ、入力側平滑コンデンサ、及び出力側平滑コンデンサを含むＤＣＤＣコンバータと、
前記フリーホイールダイオード、前記出力端子に接続される前記負荷、及び前記インダクタを含む還流経路上の点と、前記スイッチング素子と前記入力端子との間の電流経路上の点とを接続する第１のコンデンサと
を有する電源回路。
【請求項２】
スイッチングノイズの周波数帯において、前記還流経路のインピーダンスよりも、前記第１のコンデンサのインピーダンスの方が小さい請求項１に記載の電源回路。
【請求項３】
前記還流経路よりも前記入力端子側の電流経路と、前記還流経路上の点とを接続する第２のコンデンサを、さらに有し、
前記入力端子に接続される前記電力供給源、前記スイッチング素子、及び前記第２のコンデンサが、前記出力端子に接続される前記負荷を含まないループ状のノイズ電流経路を形成する請求項２に記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣＤＣコンバータのノイズを低減することができる電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子、インダクタ、フリーホイールダイオード、入力側平滑コンデンサ、及び出力側平滑コンデンサを含むＤＣＤＣコンバータが公知である（特許文献１等参照）。【０００３】
図１２に、特許文献１に開示されたＤＣＤＣコンバータの主要部分の等価回路図を示す。このＤＣＤＣコンバータは、スイッチング素子Ｑ、インダクタＬ、フリーホイールダイオードＤ、入力側平滑コンデンサＣｉ、及び出力側平滑コンデンサＣｏを含む。入力端子２０に電力供給源２２が接続され、出力端子２１に負荷２３が接続される。スイッチング素子Ｑがオンのとき、電力供給源２２、スイッチング素子Ｑ、インダクタＬ、及び負荷２３を含む電流経路が閉じる。これにより、電力供給源２２から負荷２３に電力が供給される。【０００４】
スイッチング素子Ｑがオフに切り替わると、インダクタＬに蓄積されている電磁エネルギにより、インダクタＬ、負荷２３、及びフリーホイールダイオードＤを含む還流経路に電流が流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３０２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１２に示したＤＣＤＣコンバータにおいて、スイッチング素子Ｑがオンのとき、ノイズ電流は、電力供給源２２を含む電流経路を流れる。ところが、スイッチング素子Ｑがオフのとき、ノイズ電流は、電力供給源２２を含まない還流経路を流れる。ノイズ電流の経路が電力供給源２２を含まない場合、ノイズが発生しやすくなる。【０００７】
本発明の目的は、ノイズの発生しにくい電源回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によると、
電力供給源に接続される入力端子、負荷に接続される出力端子、スイッチング素子、フリーホイールダイオード、インダクタ、入力側平滑コンデンサ、及び出力側平滑コンデンサを含むＤＣＤＣコンバータと、
前記フリーホイールダイオード、前記出力端子に接続される前記負荷、及び前記インダクタを含む還流経路上の点と、前記スイッチング素子と前記入力端子との間の電流経路上の点とを接続する第１のコンデンサと
を有する電源回路が提供される。【０００９】
スイッチング素子がオフのとき、還流経路に発生したノイズ電流が第１のコンデンサを通って電力供給源に戻るノイズ電流経路が形成される。電力供給源に戻るノイズ電流経路が形成されることにより、ノイズの発生を低減させることができる。【００１０】
スイッチングノイズの周波数帯において、前記還流経路のインピーダンスよりも、前記第１のコンデンサのインピーダンスの方を小さくすることが好ましい。第１のコンデンサのインピーダンスを小さくすることにより、ノイズ電流が第１のコンデンサに流れやすくなる。【００１１】
前記還流経路よりも前記入力端子側の電流経路と、前記還流経路上の点とを接続する第２のコンデンサを、さらに有する構成としてもよい。前記入力端子に接続される前記電力供給源、前記スイッチング素子、及び前記第２のコンデンサにより、前記出力端子に接続される前記負荷を含まないループ状のノイズ電流経路を形成される。【００１２】
負荷を含まないループ状のノイズ電流経路は、一般に、負荷を含む電流経路より短い。ノイズ電流経路が短くなることにより、ノイズを低減させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
スイッチング素子がオフのとき、還流経路に発生したノイズ電流が第１のコンデンサを通って電力供給源に戻るノイズ電流経路が形成される。電力供給源に戻るノイズ電流経路が形成されることにより、ノイズの発生を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例１による電源回路の等価回路図である。
【図２】図２は、実施例１による電源回路において、スイッチング素子がオンのときの電流の流れを示す等価回路図である。
【図３】図３は、実施例１による電源回路において、スイッチング素子がオフに切り替わったときの電流の流れを示す等価回路図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ水平偏波及び垂直偏波の放射ノイズの測定結果を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例２による電源回路の等価回路図である。
【図６】図６は、実施例２による電源回路において、スイッチング素子がオンのときの電流の流れを示す等価回路図である。
【図７】図７は、実施例２による電源回路において、スイッチング素子がオフに切り替わったときの電流の流れを示す等価回路図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ水平偏波及び垂直偏波の放射ノイズの測定結果を示すグラフである。
【図９】図９は、実施例３による電源回路の等価回路図である。
【図１０】図１０は、実施例３による電源回路において、スイッチング素子がオンのときの電流の流れを示す等価回路図である。
【図１１】図１１は、実施例３による電源回路において、スイッチング素子がオフに切り替わったときの電流の流れを示す等価回路図である。
【図１２】図１２は、従来例による電源回路の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施例１］
図１に、実施例１による電源回路の等価回路図を示す。実施例１による電源回路は、入力端子２０、出力端子２１、ＤＣＤＣコンバータ２５、直列抵抗素子Ｒｓ、並列抵抗素子Ｒｐ、及び第１のコンデンサＣａを含む。ＤＣＤＣコンバータ２５は、入力側平滑コンデンサＣｉ、スイッチング素子Ｑ、フリーホイールダイオードＤ、インダクタＬ、及び出力側平滑コンデンサＣｏを含む。
【００１６】
入力端子２０に、電力供給源２２が接続されている。電力供給源２２は、ＡＣケーブル２６を介して商用電源に接続されており、商用電源から供給される交流電流を直流電流に変換して、入力端子２０からＤＣＤＣコンバータ２５に直流電流を供給する。電力供給源２２は、例えばダイオードブリッジ回路等を含む。出力端子２１に、ＤＣケーブル２７を介して負荷２３が接続されている。負荷２３として、例えば照明用発光ダイオードが用いられる。
【００１７】
入力端子２０の正極と出力端子２１の正極とが直結されている。入力端子２０の負極から出力端子２１の負極に向かって、スイッチング素子Ｑ、インダクタＬ、及び直列抵抗素子Ｒｓが、この順番に直列に挿入されている。入力端子２０の負極と正極との間に、入力側平滑コンデンサＣｉが挿入されている。インダクタＬと直列抵抗素子Ｒｓとの相互接続点と、出力端子２１の正極との間に、出力側平滑コンデンサＣｏが挿入されている。出力端子２１に接続された負荷２３に、並列抵抗素子Ｒｐが並列接続されている。
【００１８】
一例として、入力側平滑コンデンサＣｉは、相互に並列接続された静電容量６．８μＦの２つの電解コンデンサで構成される。出力側平滑コンデンサＣｏには、静電容量１０μＦの電解コンデンサが用いられる。インダクタＬのインダクタンスは、例えば１ｍＨである。並列抵抗素子Ｒｐは、負荷２３が取り外された状態のときに、出力側平滑コンデンサＣｏを迅速に放電させるためのものである。並列抵抗素子Ｒｐの抵抗値は、例えば数ｋΩである。直列抵抗素子Ｒｓは電流測定用であり、その抵抗値は、例えば５．６Ωである。
【００１９】
スイッチング素子ＱとインダクタＬとの相互接続点が、フリーホイールダイオードＤを介して、入力端子２０の正極と出力端子２１の正極とを接続する電流経路の中間点に接続されている。スイッチング素子Ｑがオンのとき、電力供給源２２、負荷２３、直列抵抗素子Ｒｓ、インダクタＬ、及びスイッチング素子Ｑからなる電流経路が閉じて、電力供給源２２から負荷２３に電力が供給される。スイッチング素子Ｑがオフに切り替わると、インダクタＬ、フリーホイールダイオードＤ、負荷２３、及び直列抵抗素子Ｒｓからなる還流経路に電流が流れる。
【００２０】
還流経路上の点（以下、「分岐点Ｐ１」という。）が、第１のコンデンサＣａを介して、スイッチング素子Ｑと入力端子２０の負極との間の電流経路上の点に接続されている。図１では、フリーホイールダイオードＤのカソードと、出力端子２１との間の点に、第１のコンデンサＣａの一方の電極が接続されている。例えば、出力側平滑コンデンサＣｏのリード線と、プリント基板上の配線との接続点に、第１のコンデンサＣａを接続することができる。第１のコンデンサＣａの他方の電極は、入力側平滑コンデンサＣｉのリード線と、プリント基板の配線との接続点に接続することができる。第１のコンデンサＣａには、電解コンデンサよりも高周波特性に優れたコンデンサ、例えば積層セラミックコンデンサ等が用いられる。第１のコンデンサＣａの静電容量は、例えば１ｎＦである。ノイズの周波数帯において、第１のコンデンサＣａのインピーダンスは、出力側平滑コンデンサＣｏや入力側平滑コンデンサＣｉのインピーダンスより小さい。
【００２１】
図２に、スイッチング素子Ｑがオンのときの電流の流れを示す。入力端子２０の正極から、負荷２３、直列抵抗素子Ｒｓ、インダクタＬ、及びスイッチング素子Ｑを経由して、入力端子２０の負極に戻る電流経路３０が閉じることにより、直流電流が流れる。このとき、フリーホイールダイオードＤはオフ状態である。
【００２２】
図３に、スイッチング素子Ｑがオフに切り替わったときの電流の流れを示す。インダクタＬからフリーホイールダイオードＤ、負荷２３、及び直列抵抗素子Ｒｓからなる還流経路３５に、還流電流が流れる。フリーホイールダイオードＤがオフからオンに切り替わるときにスイッチングノイズが発生する。第１のコンデンサＣａが接続されていない場合には、ノイズ電流が、電力供給源２２から切り離された還流経路３５を流れる。ノイズ電流の経路が電力供給源２２から切り離されている場合、ノイズが発生しやすくなる。
【００２３】
第１のコンデンサＣａを挿入すると、ノイズ電流が、第１のコンデンサＣａを含む経路３６を通って電力供給源２２に戻る。このため、ノイズの発生を抑制することができる。
【００２４】
ノイズ電流が流れる経路は、分岐点Ｐ１から負荷２３側を見たときのインピーダンスと、第１のコンデンサＣａ自体のインピーダンスとの大小関係によって決定される。ノイズ電流を電力供給源２２に戻すために、スイッチングノイズの周波数帯（約３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）において、第１のコンデンサＣａのインピーダンスを、分岐点Ｐ１から負荷２３側を見たときのインピーダンスより小さくすることが好ましい。
【００２５】
図４Ａ及び図４Ｂを参照して、電源回路から放射された放射ノイズの測定結果について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ水平偏波及び垂直偏波の放射ノイズの測定結果を示す。図４Ａ及び図４Ｂの横軸は周波数を単位「ＭＨｚ」で表し、縦軸はノイズレベルを単位「ｄＢμＶ／ｍ」で表す。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、細い実線ａは、第１のコンデンサＣａが挿入されていない電源回路からの放射ノイズを示し、太い実線ｂは、第１のコンデンサＣａが挿入されている電源回路からの放射ノイズを示す。
【００２６】
放射ノイズの測定は、電源回路の基板を測定台の上に置き、大地面に対して水平に配置し、基板から測定アンテナまでの水平距離を３ｍとした。測定アンテナの高さ方向の位置、及び基板の回転方向の姿勢を変えながら、電磁ノイズが最大となる条件で測定を行った。スイッチングの周波数は、５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第１のコンデンサＣａを挿入することにより、放射ノイズの低減が図られていることがわかる。
【００２７】
入力側平滑コンデンサＣｉ及び出力側平滑コンデンサＣｏの電極の電位は、スイッチングの周波数帯において変動が抑制されており、スイッチングで変動しにくい。入力側平滑コンデンサＣｉ及び出力側平滑コンデンサＣｏのリード線と、プリント基板上の配線との接続点に、第１のコンデンサＣａが接続されることにより、第１のコンデンサＣａによるスイッチング動作への影響が低減される。
【００２８】
［実施例２］
図５に、実施例２による電源回路の等価回路図を示す。以下、図１〜図３に示した実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例２による電源回路は、第１のコンデンサＣａの他に、第２のコンデンサＣｂを有する。第２のコンデンサＣｂは、還流経路３５よりも入力端子２０側の電流経路上の分岐点Ｐ２と、還流経路３５上の点とを接続する。第２のコンデンサＣｂの接続点は、電力供給源２２、第２のコンデンサＣｂ、インダクタＬ、及びスイッチング素子Ｑにより、負荷２３を含まないループ状の電流経路が形成されるように選択される。例えば、第２のコンデンサＣｂは、入力側平滑コンデンサＣｉの正極と、出力側平滑コンデンサＣｏの負極とを接続する。第２のコンデンサＣｂには、第１のコンデンサＣａと同様に、電解コンデンサよりも高周波領域での特性に優れたコンデンサ、例えば積層セラミックコンデンサ等が用いられる。ノイズの周波数帯において、第２のコンデンサＣｂのインピーダンスは、出力側平滑コンデンサＣｏや入力側平滑コンデンサＣｉのインピーダンスより小さい。
【００２９】
図６に、スイッチング素子Ｑがオンのときの電流の流れを示す。図２に示した実施例１の場合と同様に、電力供給源２２、負荷２３、直列抵抗素子Ｒｓ、インダクタＬ、スイッチング素子Ｑからなる電流経路３０が閉じ、この電流経路３０に直流電流が流れる。入力端子２０の正極から負荷２３に向かうノイズ電流の一部の成分は、分岐点Ｐ２で直流電流の電流経路３０から分岐して第２のコンデンサＣｂを通る経路３７をたどり、他の成分は、分岐点Ｐ１で電流経路３０から分岐して第１のコンデンサＣａを通る経路３８をたどる。
【００３０】
第１のコンデンサＣａ及び第２のコンデンサＣｂが挿入されていない場合には、ノイズ電流は、直流電流と同じ電流経路３０を通って流れる。負荷２３の電流経路の長さは、一般的に、電源回路内の電流経路に比べて長い。一例として、負荷２３が照明用の発光ダイオードである場合、負荷２３の電流経路の長さは、２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度である。これに対し、電源回路内の電流経路の長さは、５０ｍｍ〜１６０ｍｍ程度である。ノイズ電流が、直流電流と同一の電流経路３０を流れると、その全長は２５０ｍｍ〜４６０ｍｍ程度になる。これに対し、第２のコンデンサＣｂ、インダクタＬ、及びスイッチング素子Ｑで構成されるループ状の経路３７の長さ、及び第１のコンデンサＣａで構成される経路３８の長さは、いずれも１６０ｍｍ以下である。
【００３１】
このように、第１のコンデンサＣａ及び第２のコンデンサＣｂを挿入することにより、ノイズ電流が流れるループ状の電流経路を短くすることができる。ノイズ電流が流れる電流経路のループが小さくなることにより、放射ノイズの発生を低減することができる。
【００３２】
図７に、スイッチング素子Ｑがオフに切り替わったときの電流の流れを示す。図３に示した実施例１の場合と同様に、ノイズ電流が第１のコンデンサＣａを含む経路３６を通って電力供給源２２に戻る。さらに、ノイズ電流の一部は、第２のコンデンサＣｂを流れる。このため、実施例１の場合と同様に、放射ノイズの発生を低減することができる。
【００３３】
図８Ａ及び図８Ｂを参照して、実施例２の電源回路から放射された放射ノイズの測定結果について説明する。図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ水平偏波及び垂直偏波の放射ノイズの測定結果を示す。図８Ａ及び図８Ｂの横軸は周波数を単位「ＭＨｚ」で表し、縦軸はノイズレベルを単位「ｄＢμＶ／ｍ」で表す。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、細い実線ｃは、第１のコンデンサＣａ及び第２のコンデンサＣｂのいずれも挿入されていない電源回路からの放射ノイズを示し、太い実線ｄは、第１のコンデンサＣａ及び第２のコンデンサＣｂが挿入されている電源回路からの放射ノイズを示す。
【００３４】
放射ノイズの測定は、図４Ａ及び図４Ｂに示した実施例１の電源回路の測定条件と同一の条件で行った。第１のコンデンサＣａ及び第２のコンデンサＣｂを挿入することにより、放射ノイズの低減が図られていることがわかる。
【００３５】
［実施例３］
図９に、実施例３による電源回路の等価回路図を示す。以下、図５に示した実施例２との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３６】
実施例２では、ＤＣＤＣコンバータ２５（図５）の低電圧側の電流経路に、スイッチング素子Ｑ及びインダクタＬが挿入されていた。実施例３では、ＤＣＤＣコンバータ２５の高電圧側の電流経路に、スイッチング素子Ｑ及びインダクタＬが挿入されている。インダクタＬ、負荷２３、直列抵抗素子Ｒｓ、及びフリーホイールダイオードＤからなる還流経路４２上の点が、第１のコンデンサＣａを介して、入力端子２０の正極とスイッチング素子Ｑとの間の点に接続されている。具体的には、第１のコンデンサＣａは、出力側平滑コンデンサＣｏの正極と、入力端子２０の正極とを接続する。以下、還流経路４２と、出力側平滑コンデンサＣｏの正極のリード線との接続点を、分岐点Ｐ３という。
【００３７】
分岐点Ｐ３が、第２のコンデンサＣｂを介して、入力側平滑コンデンサＣｉの負極に接続されている。第１のコンデンサＣａ及び第２のコンデンサＣｂには、電解コンデンサよりも高周波特性に優れたコンデンサ、例えば積層セラミックコンデンサ等が用いられる。ノイズの周波数帯において、第１のコンデンサＣａ及び第２のコンデンサＣｂのインピーダンスは、出力側平滑コンデンサＣｏや入力側平滑コンデンサＣｉのインピーダンスより小さい。
【００３８】
図１０に、スイッチング素子Ｑがオンのときの電流の流れを示す。スイッチング素子Ｑ、インダクタＬ、負荷２３、及び直列抵抗素子Ｒｓを含む電流経路４０を、直流電流が流れる。ノイズ電流は、電流経路４０から分岐点Ｐ３で分岐して、第２のコンデンサＣｂを含むノイズ電流経路４１をたどって電力供給源２２に戻る。このため、ノイズ電流のループ状の経路の長さが、直流電流の電流経路４０より短くなる。これにより、放射ノイズの発生を低減することができる。
【００３９】
図１１に、スイッチング素子Ｑがオフに切り替わったときの電流の流れを示す。還流経路４２を還流電流が流れる。ノイズ電流は、電力供給源２２及び第１のコンデンサＣａを含むノイズ電流経路４３を流れることにより、電力供給源２２に戻る。このため、図３に示した実施例１のスイッチング素子Ｑがオフに切り替わったときと同様に、放射ノイズの発生を低減することができる。さらに、ノイズ電流は、第２のコンデンサＣｂを通って電力供給源２２に戻る。このため、ノイズ電流が流れるループ状の経路が短くなるという効果も得られる。
【００４０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４１】
２０  入力端子
２１  出力端子
２２  電力供給源
２３  負荷
２５  ＤＣＤＣコンバータ
２６  ＡＣ電源ケーブル
２７  ＤＣ電源ケーブル
３０  スイッチング素子オン時の直流電流の電流経路
３５  スイッチング素子オフ時の還流経路
３６、３７、３８  ノイズ電流の経路
４０  直流電流経路
４１  ノイズ電流経路
４２  スイッチング素子オフ時の還流経路
４３  ノイズ電流経路
Ｃａ  第１のコンデンサ
Ｃｂ  第２のコンデンサ
Ｃｉ  入力側平滑コンデンサ
Ｃｏ  出力側平滑コンデンサ
Ｄ  フリーホイールダイオード
Ｌ  インダクタ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  分岐点
Ｑ  スイッチング素子
Ｒｓ  直列抵抗素子
Ｒｐ  並列抵抗素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
2015098472.tif 000015
2015098472.tif 000016
2015098472.tif 000017
2015098472.tif 000018