(57)【要約】【課題】配線を流れる電流によって発生するノイズを低減することが出来る電圧変換装置を提供する。【解決手段】電源回路１００は、スイッチ部ＳＷ１１が所定のスイッチ状態のときに、第１の磁界を発生させる向きで第１の電流が流れる第１の配線構造と、スイッチ部ＳＷ１１が前記所定のスイッチ状態のときに、前記第１の磁界を打ち消す第２の磁界を発生させる向きで第２の電流が流れる第２の配線構造とを備える。また、前記第１の電流と前記第２の電流は、電圧変換装置内に流れる電流の基本周波数の高調波成分の電流であってもよい。【選択図】図１
2012213255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ部のスイッチングによって、入力電圧の電圧を変化させて出力する電圧変換装置であって、
前記スイッチ部が所定のスイッチ状態のときに、第１の磁界を発生させる向きで第１の電流が流れる第１の配線構造と、
前記スイッチ部が前記所定のスイッチ状態のときに、前記第１の磁界を打ち消す第２の磁界を発生させる向きで第２の電流が流れる第２の配線構造と、
を有することを特徴とする電圧変換装置。
【請求項２】
前記第１の電流と前記第２の電流は、電圧変換装置内に流れる電流の基本周波数の高調波成分の電流である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、スイッチング素子のスイッチング時にインダクタＬ，キャパシタＣの共振作用によりスイッチング素子のスイッチング損失を低減することで、スイッチングによって発生するノイズ（磁界）を低減するコンバータ回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２６０７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載のコンバータ回路では配線を流れる電流によって発生するノイズを低減する構造ではなかったので、十分なノイズの低減効果が得られない場合があった。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、配線を流れる電流によって発生するノイズを低減することが出来る電圧変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる電圧変換装置は、
スイッチ部のスイッチングによって、入力電圧の電圧を変化させて出力する電圧変換装置であって、
前記スイッチ部が所定のスイッチ状態のときに、第１の磁界を発生させる向きで第１の電流が流れる第１の配線構造と、
前記スイッチ部が前記所定のスイッチ状態のときに、前記第１の磁界を打ち消す第２の磁界を発生させる向きで第２の電流が流れる第２の配線構造と、
を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、配線を流れる電流によって発生するノイズを低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１の電圧変換回路内の電源回路の構成を説明するための図である。
【図２】図１の電源回路の各部における電流又は電圧を表す図である。
【図３】図１の電源回路に流れる電流を表す図である。
【図４】図１の電源回路に流れる電流を表す図である。
【図５】図１の電源回路に流れる電流を表す図である。
【図６】従来の降圧回路において発生する磁界のノイズスペクトラムの図である。
【図７】図１の電源回路において発生する磁界のノイズスペクトラムの図である。
【図８】本発明の実施形態２の電圧変換回路内の電源回路の構成を説明するための図である。
【図９】図８の電源回路の各部における電流又は電圧を表す図である。
【図１０】図８の電源回路に流れる電流を表す図である。
【図１１】図８の電源回路に流れる電流を表す図である。
【図１２】図８の電源回路に流れる電流を表す図である。
【図１３】実施形態１の変形例の電圧変換回路内の電源回路の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（実施形態１）
（電源回路の構成）
実施形態１の電圧変換装置が備える電源回路１００は、図１のように、直流電源１と負荷３との間に接続されている。直流電源１から出力された直流電圧は、電源回路１００に入力され、電源回路１００によって降圧され、負荷３に出力される。
【００１１】
電源回路１００は、配線ＬＮ１１と、配線ＬＮ１２と、第１のキャパシタＣ１０（例えば、１００μＦ）と、第２のキャパシタＣ１１（例えば、０．１μＦ）と、第３のキャパシタＣ１２（例えば、０．１μＦ）と、インダクタＬ１１と、スイッチ部ＳＷ１１と、平滑キャパシタＣｓと、ダイオードＤ１１と、を備える。
【００１２】
配線ＬＮ１１は、直流電源１の正極と、負荷３の正極とに接続されている。
【００１３】
配線ＬＮ１２は、直流電源１の負極と、負荷３の負極とに接続されている。
【００１４】
第１のキャパシタＣ１０と、第２のキャパシタＣ１１と、第３のキャパシタＣ１２とは、配線ＬＮ１１と配線ＬＮ１２とに接続されている。第２のキャパシタＣ１１と、第３のキャパシタＣ１２とは、第１のキャパシタＣ１０の後段に配置されている。
【００１５】
スイッチ部ＳＷ１１とインダクタＬ１１とは、配線ＬＮ１１の途中に配置されている。インダクタＬ１１は、スイッチ部ＳＷ１１の後段に配置されている。
【００１６】
スイッチ部ＳＷ１１は、ＦＥＴ等のスイッチング素子で構成され、制御部１５０からの制御信号に応じてオンとオフとが切り替わる。スイッチ部ＳＷ１１は、オンのときに導通状態になり、オフのときに非導通状態になる。
【００１７】
ダイオードＤ１１は、配線ＬＮ１１と配線ＬＮ１２との間に接続されており、そのカソードが配線ＬＮ１１に接続され、そのアノードが配線ＬＮ１２に接続されている。特にカソードは、配線ＬＮ１１における、スイッチ部ＳＷ１とインダクタＬ１１との間に接続されている。
【００１８】
平滑キャパシタＣｓは、配線ＬＮ１１と配線ＬＮ１２とに接続されている。平滑キャパシタＣｓは、インダクタＬ１１の後段に配置されている。
【００１９】
制御部１５０は、マイクロコンピュータ等から構成され、スイッチ部ＳＷ１１に制御信号を供給して、スイッチ部ＳＷ１１のオンとオフとを切り替える。
【００２０】
上記のような電源回路１００においては、第２のキャパシタＣ１１と、スイッチ部ＳＷ１１と、ダイオードＤ１１と、これらを接続している配線と、を含む閉回路１１０が構成されている。また、電源回路１００においては、第３のキャパシタＣ１３と、スイッチ部ＳＷ１１と、ダイオードＤ１１と、これらを接続している配線と、を含む閉回路１２０が構成されている。
【００２１】
閉回路１１０と閉回路１２０とは、所定の回路要素を共有して隣接するようなレイアウトで形成されており、かつ、スイッチ部１１のスイッチ状態に応じて、その少なくとも一部に反対向きの電流が流れる配線構造を有する。
【００２２】
（電源回路の動作）
制御部１５０は、図２に示すような、オン信号とオフ信号とが交互に切り替わる制御信号をスイッチ部ＳＷ１１に供給する。スイッチ部ＳＷ１１は、供給される制御信号がオン信号のときにオンし、供給される制御信号がオフ信号のときにオフする。
【００２３】
スイッチ部ＳＷ１１がオンしているときの電源回路１００に流れる電流の代表的な経路を図３に示す。スイッチ部ＳＷ１１がオンのときには、第１のキャパシタＣ１０にオフのときに充電された電流が放電され、放電された電流は、スイッチ部ＳＷ１１、インダクタＬ１１を通って負荷３に流れる。この電流は、平滑キャパシタＣｓによって平滑される。
【００２４】
スイッチ部ＳＷ１１がオフしているときの電源回路１００に流れる電流の代表的な経路を図４に示す。スイッチ部ＳＷ１１がオフのときには、インダクタＬ１１、負荷３、ダイオードＤ１１に電流が流れる。また、このとき、第１のキャパシタＣ１０は、直流電源１によって充電される。
【００２５】
スイッチ部ＳＷ１１のオンとオフとの切り替わりによって、電源回路の各部に流れる電流を図２に示す。インダクタＬ１１は、スイッチ部ＳＷ１１のオンとオフとの切り替わり時において、電流を流さないように、又は、電流を流そうとする。これによって、図２のように、スイッチ部ＳＷ１２に流れる電流は、スイッチ部ＳＷ１１がオンした直後から徐々に大きくなり、ダイオードＤ１１に流れる電流は、スイッチ部ＳＷ１１がオフした直後から徐々に小さくなる。負荷３に流れる電流（インダクタＬ１１に流れ、平滑キャパシタＣｓで平滑された電流）は、ダイオードＤ１１とスイッチ部ＳＷ１１とに流れる電流を足したものと同じである。電源回路１００に入力される入力電圧（直流電源１から出力される出力電圧）は、上記インダクタＬ１１によって降圧されて、負荷３に印加される。
【００２６】
ここで、第２のキャパシタＣ１１と、第３のキャパシタＣ１２とは、スイッチ部ＳＷ１１がオフのときに充電され、スイッチ部ＳＷ１１がオンになった直後に放電される（図２参照）。第２のキャパシタＣ１１と、第３のキャパシタＣ１２とが、放電する電流の主な流れを図５に示す。
【００２７】
第２のキャパシタＣ１１の放電時に流れる電流は、スイッチ部ＳＷ１１、インダクタＬ１１、負荷３を流れて第１のキャパシタＣ１０に流れる。
【００２８】
第３のキャパシタＣ１２の放電時に流れる電流は、スイッチ部ＳＷ１１、インダクタＬ１１、負荷３を流れて第２のキャパシタＣ１２に流れる。
【００２９】
なお、図示はしないが、第２のキャパシタＣ１１が放電する電流は、疑似的に、閉回路１１０を、スイッチ部ＳＷ１１からダイオードＤ１１に向かって流れることも考えられる。第３のキャパシタＣ１２が放電する電流は、疑似的に、閉回路１２０を、スイッチ部ＳＷ１１からダイオードＤ１１に向かって流れることも考えられる。
【００３０】
上記のような電流の流れによって、閉回路１１０と閉回路１２０とには、その少なくとも一部に、反対向きに流れる電流が流れる（図５の点線矢印参照）。このような電流によって、閉回路１１０の配線に流れる電流によって発生する磁界は、閉回路１２０の配線に流れる電流によって発生する磁界によって打ち消されることなる。これによって、電源回路１００内の配線を流れる電流によって発生するノイズを低減することが出来る。
【００３１】
さらに、第１キャパシタＣ１０の静電容量は、第２のキャパシタＣ１１及び第３のキャパシタＣ１２の静電容量よりも大きい。第２のキャパシタＣ１１及び第３のキャパシタＣ１２が放電する電流は、スイッチ部ＳＷ１１に流れる電流（電源回路１００内を流れる電流）の基本周波数の高調波成分の電流である。このため、相殺される磁界は、スイッチ部ＳＷ１１に流れる電流の基本周波数の高調波成分の電流によって発生する磁界に該当する。このような磁界（ノイズ）は、周波数が高いため、電源回路１００の周囲にある機器（特にラジオ等）に悪影響を及ぼしやすい。このため、上記電源回路１００は、磁界（特にラジオ周波数帯等の高周波帯のノイズ）の発生を低減することで、効果的に周囲にある機器への悪影響を低減出来る。
【００３２】
図６に、従来の降圧回路（図１の電源回路１００において、第２のコンデンサＣ１２及びこれに接続される配線を省略した電源回路）において発生する磁界のノイズスペクトラムを、図７に、本実施形態の電源回路１００において発生する磁界のノイズスペクトラムを示す。図６及び図７に示すように、発生する磁界は、本実施形態の構成によって、従来よりも低減されていることが分かる。
【００３３】
（実施形態２）
（電源回路の構成）
実施形態２の電圧変換装置が備える電源回路２００は、図８のように、直流電源１と負荷３との間に接続されている。直流電源１から出力された直流電圧は、電源回路２００に入力され、電源回路２００によって昇圧され、負荷３に出力される。
【００３４】
電源回路２００は、配線ＬＮ２１と、配線ＬＮ２２と、第１のキャパシタＣ２０（例えば、１００μＦ）と、第２のキャパシタＣ２１（例えば、０．１μＦ）と、第３のキャパシタＣ２２（例えば、０．１μＦ）と、インダクタＬ２１と、スイッチ部ＳＷ２１と、平滑キャパシタＣｓと、ダイオードＤ２１と、を備える。
【００３５】
配線ＬＮ２１は、直流電源１の正極と、負荷３の正極とに接続されている。
【００３６】
配線ＬＮ２２は、直流電源１の負極と、負荷３の負極とに接続されている。
【００３７】
第１のキャパシタＣ２０と、第２のキャパシタＣ２１と、第３のキャパシタＣ２２とは、配線ＬＮ２１と配線ＬＮ２２とに接続されている。第２のキャパシタＣ２１と、第３のキャパシタＣ２２とは、第１のキャパシタＣ２０及びダイオードＤ２１の後段、かつ、ダイオードＤ２１のカソードに配置されている。
【００３８】
ダイオードＤ２１とインダクタＬ２１とは、配線ＬＮ２１の途中に配置されている。ダイオードＤ２１は、インダクタＬ２１の後段に配置されている。ダイオードＤ２１は、そのアノードが直流電源１に向いて配置されている。
【００３９】
スイッチ部ＳＷ２１は、ＦＥＴ等のスイッチング素子で構成され、制御部１５０からの制御信号に応じてオンとオフとが切り替わる。スイッチ部ＳＷ１１は、オンのときに導通状態になり、オフのときに非導通状態になる。スイッチ部ＳＷ２１は、配線ＬＮ２１と配線ＬＮ２２とに接続される。スイッチ部ＳＷ２１は、その一端が、配線ＬＮ２１上、かつ、インダクタＬ２１とダイオードＤ２１との間に接続されている。
【００４０】
平滑キャパシタＣｓは、配線ＬＮ２１と配線ＬＮ２２とに接続されている。平滑キャパシタＣｓは、ダイオードＤ２１の後段に配置されている。
【００４１】
制御部２５０は、マイクロコンピュータ等から構成され、スイッチ部ＳＷ２１に制御信号を供給して、スイッチ部ＳＷ２１のオンとオフとを切り替える。
【００４２】
上記のような電源回路２００においては、第２のキャパシタＣ２１と、スイッチ部ＳＷ２１と、ダイオードＤ２１と、これらを接続している配線と、を含む閉回路２１０が構成されている。また、電源回路２００においては、第３のキャパシタＣ２３と、スイッチ部ＳＷ２１と、ダイオードＤ２１と、これらを接続している配線と、を含む閉回路２２０が構成されている。
【００４３】
閉回路２１０と閉回路２２０とは、所定の回路要素を共有して隣接するようなレイアウトで形成されており、かつ、スイッチ部２１のスイッチ状態に応じて、その少なくとも一部に反対向きの電流が流れる配線構造を有する。
【００４４】
（電源回路の動作）
制御部２５０は、図９に示すような、オン信号とオフ信号とが交互に切り替わる制御信号をスイッチ部ＳＷ２１に供給する。スイッチ部ＳＷ２１は、供給される制御信号がオン信号のときにオンし、供給される制御信号がオフ信号のときにオフする。
【００４５】
スイッチ部ＳＷ２１がオンしているときの電源回路２００に流れる電流の代表的な経路を図１０に示す。スイッチ部ＳＷ２１がオンのときには、直流電源１から流れる電流は、第１のキャパシタ２０によって安定化されて、インダクタＬ２１、スイッチ部ＳＷ２１、を通って直流電源１に戻る。この電流は、第１のキャパシタ２０によって安定化されている。
【００４６】
スイッチ部ＳＷ２１がオフしているときの電源回路１に流れる電流の代表的な経路を図１１に示す。スイッチ部ＳＷ２１がオフのときには、直流電源１から流れる電流は、インダクタＬ２１、ダイオードＤ２１を通って、平滑キャパシタＣｓで平滑化されて、負荷３に流れ、直流電源１に戻る。この電流は、第１のキャパシタ２０によって安定化されている。
【００４７】
スイッチ部ＳＷ２１のオンとオフとの切り替わりによって、電源回路の各部に流れる電流を図９に示す。インダクタＬ２１は、スイッチ部ＳＷ２１のオンとオフとの切り替わり時において、電流を流さないように、又は、電流を流そうとする。これによって、図９のように、スイッチ部ＳＷ２１に流れる電流は、スイッチ部ＳＷ２１がオンした直後から徐々に大きくなり、ダイオードＤ２１に流れる電流は、スイッチ部ＳＷ２１がオフした直後から徐々に小さくなる。ダイオードＤ２１とスイッチ部ＳＷ２１とに流れる電流を足したものが、インダクタＬ２１に流れる電流である。負荷３に流れる電流は、インダクタＬ２１に流れる電流が平滑キャパシタＣｓによって平滑化された電流である。電源回路２００に入力される入力電圧（直流電源１から出力される出力電圧）はインダクタＬ２１によって昇圧されて、負荷３に印加される。
【００４８】
ここで、第２のキャパシタＣ２１と、第３のキャパシタＣ２２とは、スイッチ部ＳＷ２１がオフのときに充電され、スイッチ部ＳＷ２１がオンになった直後に放電される（図９参照）。第２のキャパシタＣ２１と、第３のキャパシタＣ２２とが、放電する電流の主な流れを図１２に示す。
【００４９】
第２のキャパシタＣ２１の充電時に流れる電流は、直流電源１から、インダクタＬ２１、ダイオードＤ２１、第２のキャパシタＣ２１、直流電源１に流れる。
【００５０】
第３のキャパシタＣ２２の充電時に流れる電流は、直流電源１から、インダクタＬ２１、ダイオードＤ２１、第３のキャパシタＣ２２、直流電源１に流れる。
【００５１】
上記のような電流の流れによって、閉回路２１０と閉回路２２０とには、その少なくとも一部に、反対向きに流れる電流が流れる（図１０の点線矢印参照）。このような電流によって、閉回路１１０の配線に流れる電流によって発生する磁界は、閉回路１２０の配線に流れる電流によって発生する磁界によって打ち消されることなる。これによって、電源回路１００内の配線を流れる電流によって発生するノイズを低減することが出来る。
【００５２】
さらに、第１キャパシタＣ２０の静電容量は、第２のキャパシタＣ２１及び第３のキャパシタＣ２２の静電容量よりも大きい。第２のキャパシタＣ２１及び第３のキャパシタＣ２２が放電する電流は、ダイオードＤ２１に流れる電流（電源回路２００内を流れる電流）の基本周波数の高調波成分の電流である。このため、相殺される磁界は、ダイオードＤ２１に流れる電流の基本周波数の高調波成分の電流によって発生する磁界に該当する。このような磁界（ノイズ）は、周波数が高いため、電源回路２００の周囲にある機器（特にラジオ等）に悪影響を及ぼしやすい。このため、上記電源回路２００は、磁界（特にラジオ周波数帯等の高周波帯のノイズ）の発生を低減することで、効果的に周囲にある機器への悪影響を低減出来る。
【００５３】
（変形例）
上記のような電流の向きが逆の二つの閉回路を有する電源回路の構成は適宜変更可能である。例えば、図１３に示すような回路であっても、電流が流れることによって発生する磁界が相殺される効果がある。図１３の電源回路は、図１の電源回路１００の変形例であり、対応する素子については同じ符号が付されている。この電源回路は、図１の電源回路１００にダイオードＤ１２が追加された構成であり、上下で対照となるような閉回路１１０及び閉回路１２０が形成されている。閉回路１１０及び閉回路１２０内には、点線矢印で示す向きに電流が流れるので、双方で発生する磁界は相殺されることになるので、実施形態１と同様の効果を得ることが出来る。なお、スイッチ部は、各閉回路内に配置されてもよい。この場合には、複数のスイッチ部によって、入力電圧を変化させるためのスイッチ部が構成される。
【００５４】
なお、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態や変形例は、本発明の実施例を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【００５５】
１                  直流電源
３                  負荷
１００，２００      電源回路
１５０，２５０      制御部
１１０，１２０      閉回路
２１０，２２０      閉回路
【図１】
2012213255.tif 000003
【図２】
2012213255.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012213255.tif 000007
【図６】
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【図７】
2012213255.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012213255.tif 000011
【図１０】
2012213255.tif 000012
【図１１】
2012213255.tif 000013
【図１２】
2012213255.tif 000014
【図１３】
2012213255.tif 000015