CN109565238B - 开关电路装置以及电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

开关电路装置具有：电容(C11)，其设置在端口端子(N1)与开关电路部(1)的端子(N5)之间；电容(C12)，其设置在端子(N5)与导体部(G1)之间；以及电感(L11)，其设置在端口端子(N2)与开关电路部(1)的端子(N6)之间。开关电路装置还具备连接在端口端子(N1、N2)之间的电容器(C1)和连接在端子(N6)与导体部(G1)之间的电感器(L2)。电感器(L2)具有使电感器(L2)的电感相对于电感(L11)的比与电容(C11)相对于电容(C12)的比相等那样的电感。

Description

开关电路装置以及电力转换装置
技术领域
本公开涉及一种开关电路装置以及电力转换装置。
背景技术
在近年来的功率电子电路中通过半导体设备的开关来实现电力转换。该方式的优势在于高的电力转换效率，但由于在动作原理上电压和/或者电流急剧地变化，因此产生大的电磁噪声。有时为了抑制从电路传播的噪声而需要大型的噪声过滤器，成为妨碍设备的小型化的主要原因。
以往，在噪声过滤器中，作为用于抑制共模噪声的应对部件，使用共模扼流线圈和Y电容器(Y capacitor)。但是，在功率电子电路中存在以下问题：由于对泄漏电流的限制而Y电容器的电容被限制，并且为了避免磁饱和以及减少铜损，共模扼流线圈大型化。
为了使噪声过滤器小型化，靠过滤器的优化是有极限的，因此在成为噪声源的电路内抑制噪声的产生量是重要的。特别是在功率电子电路中，由于在1MHz以上的频带中共模噪声占主导，因此例如降低1MHz～100MHz的频带(以下，称为“MHz频带”)的共模噪声是重要的。
作为用于降低共模噪声的电路，例如存在专利文献1和专利文献2所涉及的发明。
根据专利文献1，成为噪声源的开关元件的两个端子经由具有电感的基板的布线分别连接于电源，并且，经由在布线与金属制的壳体之间产生的寄生电容分别连接于壳体。通过这些噪声源、电感以及寄生电容来构成桥电路。公开了以下内容：通过以使电感和寄生电容满足规定的关系的方式构成基板来抑制共模噪声的产生。
另外，专利文献2公开了以下内容：通过使作为绝缘型的降压DC-DC转换器的电源电路的一部分与专利文献1的桥电路同样地构成，来降低从电源电路流出的噪声。
专利文献1：日本特开2013-149755号公报
专利文献2：日本专利第5826024号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1和专利文献2所涉及的发明以如下的电路为前提：如全桥电路、绝缘型的降压DC-DC转换器电路等那样，包括正极母线的电路部分与包括负极母线的电路部分的对称性高。因而，专利文献1和专利文献2所涉及的发明无法应用于如非绝缘型的升压DC-DC转换器电路等那样地包括正极母线的电路部分与包括负极母线的电路部分的非对称性强的电路，在这种电路中无法抑制共模噪声的产生。
本公开的目的在于提供如下一种开关电路装置：即使包括正极母线的电路部分与包括负极母线的电路部分的非对称性强，也能够降低共模噪声的产生量。本公开的目的还在于提供一种具备这种开关电路装置的电力转换装置。
用于解决问题的方案
本公开的一个方式所涉及的开关电路装置具备：
第一端口端子和第二端口端子；
第一电感器；
开关电路部，其至少包括一个开关元件；以及
导体部，
在该开关电路装置中，所述开关电路部至少具备第一端子和第二端子，所述第一端子经由所述第一电感器连接于所述第一端口端子，所述第二端子连接于所述第二端口端子，
所述开关电路装置还具有：
第一电容，其设置在所述第一端口端子与所述第一端子之间；
第二电容，其设置在所述第一端子与所述导体部之间；以及
第一电感，其设置在所述第二端口端子与所述第二端子之间，
所述开关电路装置还具备：
第一电容器，其连接在所述第一端口端子与所述第二端口端子之间；以及
第二电感器，其连接在所述第二端子与所述导体部之间。
发明的效果
根据本公开的一个方式所涉及的开关电路装置，即使包括正极母线的电路部分与包括负极母线的电路部分的非对称性强，也能够降低共模噪声的产生量。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的开关电路装置的结构的电路图。
图2是表示图1的开关电路部1的结构的电路图。
图3是表示图1的开关电路装置中的第一实施例所涉及的开关电路部1a的结构的电路图。
图4是表示图1的开关电路装置中的第二实施例所涉及的开关电路部1b的结构的电路图。
图5是表示在具备图3的开关电路部1a的图1的开关电路装置中将晶体管T1导通时的电流路径的电路图。
图6是表示在具备图3的开关电路部1a的图1的开关电路装置中将晶体管T1截止时的电流路径的电路图。
图7是图1的开关电路装置的等效电路图。
图8是表示图1的电感器L1的阻抗Z11的频率特性的曲线图。
图9是表示实施方式1的第一变形例所涉及的开关电路装置的结构的电路图。
图10是图9的开关电路装置的等效电路图。
图11是表示实施方式1的第二变形例所涉及的开关电路装置的结构的电路图。
图12是图11的开关电路装置的等效电路图。
图13是表示实施方式1的第三变形例所涉及的开关电路装置的结构的电路图。
图14是图13的开关电路装置的等效电路图。
图15是表示实施方式1的第四变形例所涉及的开关电路装置的结构的电路图。
图16是表示比较例所涉及的开关电路装置的结构的电路图。
图17是图16的开关电路装置的等效电路图。
图18是表示实施方式2所涉及的开关电路装置的结构的电路图。
图19是图18的开关电路装置的等效电路图。
图20是表示图16的开关电路装置的电压传递系数的频率特性的曲线图。
图21是表示图18的开关电路装置的电压传递系数的频率特性的曲线图。
图22是表示实施方式3所涉及的电力转换系统的结构的框图。
具体实施方式
<实现本公开的经过>
首先，在下面说明本发明人的着眼点。
如上所述，现有技术所涉及的用于降低共模噪声的电路以如下的电路为前提：如全桥电路、被限定为绝缘型的降压DC-DC转换器电路等那样，包括正极母线的电路部分与包括负极母线的电路部分的对称性高。
例如，在最基本的非绝缘型的升压转换器电路中，在正极母线中向输入端子与开关元件之间插入电感器，与此相对地，负极母线的输入端子和输出端子由于低电感而短路。电感器具有例如10μH～1mH那样的大的电感。另外，在具有例如10A那样的大的电流电容的电感器的情况下使用粗的绕线，因此有可能在绕线间产生10pF左右的寄生电容(线间电容)。因而，电感器由于其自身的电感和线间电容，例如在几MHz的频率(自谐振频率)的情况下进行自谐振，在比自谐振频率高的频率处，正极母线的阻抗不再是感应性的。因而，在现有技术的情况下，无法使如非绝缘型的升压转换器电路等那样地包括正极母线的电路部分与包括负极母线的电路部分的非对称性强的电路的共模噪声充分地降低。
因而，期望一种即使包括正极母线的电路部分与包括负极母线的电路部分的非对称性强也能够降低共模噪声的产生量的开关电路装置。
本发明人基于以上的着眼点而创作了本公开的电路结构。
以下，参照附图对本公开所涉及的实施方式进行说明。此外，在以下的各实施方式中，对同样的构成要素标注了同一附图标记。
(实施方式1)
图1是表示实施方式1所涉及的开关电路装置的结构的电路图。图1的开关电路装置具备端口端子N1～N4、电感器L1、L2、电容器C1、C2、开关电路部1以及导体部G1。图1的开关电路装置例如作为非绝缘型的升压转换器进行动作。
端口端子N1、N2构成开关电路装置的第一端口P1，端口端子N3、N4构成开关电路装置的第二端口P2。端口P1例如连接于电源装置，端口P2例如连接于负载装置。在该情况下，端口端子N1、N2分别连接于电源装置的正极和负极，端口端子N1、N3之间的布线构成正极母线，端口端子N2、N4之间的布线构成负极母线。开关电路装置使从端口P1输入的直流电力升压后从端口P2输出。在本说明书中，也将端口端子N1、N2称为“第一端口端子和第二端口端子”，也将端口端子N3、N4称为“第三端口端子和第四端口端子”。
电感器L1暂时蓄积从端口P1输入的直流电力的能量，以进行升压。电感器L1具有例如10μH～1mH的电感。在本说明书中，也将电感器L1称为“第一电感器”。
开关电路部1在内部至少包括一个开关元件，并且具备端子N5～N7。端子N5经由电感器L1连接于端口端子N1。端子N6连接于端口端子N2、N4。端子N7连接于端口端子N3。端子N5、N6是开关电路部1的初级侧的端子，端子N6、N7是开关电路部1的次级侧的端子。在本说明书中，也将端子N5～N7称为“第一端子～第三端子”。
图2是表示图1的开关电路部1的结构的电路图。开关电路部1包括连接在端子N5、N6之间的第一开关元件S1和连接在端子N5与端子N7之间的第二开关元件S2。图1的开关电路装置还具备如图2所示的控制电路2。开关元件S1、S2在控制电路2的控制下以例如4kHz～200kHz的开关频率被驱动。
图3是表示图1的开关电路装置中的第一实施例所涉及的开关电路部1a的结构的电路图。图2的开关元件S1、S2也可以是晶体管T1和二极管D1的组合。在该情况下，只有晶体管T1在控制电路2a的控制下被驱动。晶体管T1例如是MOSFET。
图4是表示图1的开关电路装置中的第二实施例所涉及的开关电路部1b的结构的电路图。图2的开关元件S1、S2也可以是晶体管T1、T2。在该情况下，晶体管T1、T2双方在控制电路2b的控制下被驱动。晶体管T1、T2例如是MOSFET。
再次参照图1，电容器C1连接在端口端子N1、N2之间。电容器C1是开关电路装置的输入电容器，具有例如1μF的电容。电容器C2连接在端子N6、N7之间。电容器C2是平滑电容器，具有例如100μF的电容。在本说明书中，也将电容器C1称为“第一电容器”，也将电容器C2称为“第二电容器”。
导体部G1例如既可以是开关电路装置的金属壳体或者散热器，或者也可以是印刷电路板上的接地导体。
电感器L2连接在端子N6与导体部G1之间。在本说明书中，也将电感器L2称为“第二电感器”。
接着，参照图5和图6对图1的开关电路装置的作为升压转换器的动作进行说明。图5是表示在具备图3的开关电路部1a的图1的开关电路装置中晶体管T1为导通时的电流路径的电路图。图6是表示在具备图3的开关电路部1a的图1的开关电路装置中晶体管T1为截止时的电流路径的电路图。对端口P1施加输入电压。当晶体管T1导通时，在图5表示的路径中流通电流，在电感器L1中蓄积磁能(动作模式1)。当晶体管T2截止时，在图6所示的路径中流通电流，向开关电路部1的次级侧释放电感器L1中蓄积的磁能(动作模式2)。由此，在端口P2处产生利用电容器C2进行平滑化后的输出电压。利用图3的控制电路2a重复进行动作模式1和动作模式2，通过调整动作模式1和动作模式2的时间比例(占空比)，能够获得期望的输出电压。
接着，对图1的开关电路装置的共模噪声的降低进行说明。
图1的开关电路装置还具有：电容C11，其设置在端口端子N1与端子N5之间；电容C12，其设置在端子N5与导体部G1之间；以及电感L11，其设置在端口端子N2与端子N6之间。在本说明书中，也将电容C11称为“第一电容”，也将电容C12称为“第二电容”，也将电感L11称为“第一电感”。电容C11例如是在电感器L1的绕线中产生的寄生电容(以下，也称为寄生电容C11)。电容C12例如是在开关元件的导体部分与导体部G1之间形成的寄生电容(以下，也称为寄生电容C12)。电感L11例如是端口端子N2与端子N6之间的布线的寄生电感(以下，也称为寄生电感L11)。在图1以及其它附图中，通过用括号括起来的附图标记来表示寄生电容和寄生电感。
图1的开关电路装置仅在包括正极母线的电路部分具有电感器L1。寄生电感L11的大小例如是100nH。因而，寄生电感L11的大小与如上述那样例如为10μH～1mH的电感器L1的电感相比非常小。另外，在包括电感器L1和寄生电容C11的并联电路部分的谐振频率以上的频带，端口端子N1与端子N5之间的阻抗是电容性的。基于以上理由，可以说图1的开关电路装置的包括正极母线的电路部分与包括负极母线的电路部分的非对称性强。
图7是图1的开关电路装置的等效电路图。图7以及其它等效电路图等效地表示共模噪声的频率(MHz频带)下的开关电路装置。在MHz频带，电容器C1的阻抗小(例如为1Ω以下)，因此端口端子N1和端口端子N2能够视为同一节点。在MHz频带，电容器C2的阻抗小(例如为1Ω以下)，因此端子N6和端子N7也能够视为同一节点。开关电路部1是伴随其动作产生在端子N5与端子N6之间具有电压Vsw的开关噪声的噪声源。在能够将端子N6和端子N7视为同一节点的情况下，即使如图2～图4所示那样开关电路部1具备两个开关元件，也能够将这些开关元件表示为单个的噪声源。当在开关电路部1中产生的开关噪声到达端口端子N1和端口端子N2时，有可能作为共模噪声从端口端子N1和端口端子N2传播到前级的电路。如果忽略电路外的模式转换，则从开关电路装置的端口端子N1和端口端子N2传播到其前级的电路的共模噪声源自相对于导体部G1的电位的端口端子N1和端口端子N2的电压Vcm。
在包括电感器L1和寄生电容C11的并联电路部分的谐振频率以上的频率ω下，通过以下式(1)来表示共模噪声的电压Vcm与开关噪声的电压Vsw的比。
【数式1】
Figure GDA0001960156870000081
因而，为了使从开关电路部1向端口P1的电压传递系数Vcm/Vsw为零，设为C11·L11＝C12·L2即可。即，将使电感器L2的电感相对于寄生电感L11的比与寄生电容C11相对于寄生电容C12的比相等(L2/L11＝C11/C12)那样的电感器L2连接在端子N6与导体部G1之间。此时，从开关电路部1向端口P1的电压传递系数Vcm/Vsw为零，因此具有降低从端口P1向前级的电路传播的共模噪声的效果。
上述的条件C11·L11＝C12·L2相当于以下情况：寄生电容C11的阻抗相对于寄生电感L11的阻抗的比等于寄生电容C12的阻抗相对于电感器L2的阻抗的比。图7的开关电路装置具有惠斯登电桥的结构，因此如上所述，从开关电路部1向端口P1的电压传递系数Vcm/Vsw为零。
在以上的实施方式中，准确地掌握寄生电容C11、C12以及寄生电感L11的值是重要的。对决定寄生电容C11、C12以及寄生电感L11的值的方法进行说明。
首先，如以下那样决定寄生电容C11。电感器L1是双端子部件，因此使用网络分析仪或者阻抗分析仪进行将端子间设为端口的单端口测定。图8是表示图1的电感器L1的阻抗Z11的频率特性的曲线图。例如，当电感器L1的电感是400μH且在其绕线中产生的寄生电容C11的大小是10pF时，测定出具有如图8所示的频率特性的阻抗Z11。电感器L1具有反谐振频率fc，电感器L1的阻抗在比反谐振频率fc低的频带a中为感应性的，在比反谐振频率fc高的频带b中为电容性的。因而，能够基于频带b中的频率f和此时的阻抗Z11的值，通过C11＝-1/{2πf·img(Z11)}来计算寄生电容C11的大小。在此，img(Z11)是阻抗Z11的虚部。
另外，也可以根据电感器L1的电感和反谐振频率fc来计算寄生电容C11的大小。能够基于频带a中的频率f和此时的阻抗Z11的值，利用L1＝img(Z11)/(2πf)来求出电感器L1的电感。能够使用该电感器L1的电感，并通过C11＝1/{L1(2πfc)2}来计算寄生电容C11的大小。
接着，如以下那样决定寄生电感L11。寄生电感L11主要是布线的寄生电感。因而，能够通过基于矩量法(日语：モーメント法)等的模拟来决定寄生电感L11。
接着，如以下那样决定寄生电容C12。寄生电容C12主要是在开关元件的导体部分与导体部G1之间形成的寄生电容。例如，在TO-247封装的MOSFET中，漏极端子与背面的电极板(散热极板)短路，因此当利用螺钉等以夹着散热片的方式将封装固定于导体部G1时，在端子N5与导体部G1之间产生寄生电容。因而，能够在将开关元件的封装单体固定于导体部G1的状态下，使用LCR测量计测定在漏极端子与导体部G1之间形成的寄生电容C12。为了测定寄生电容C12，也可以使用网络分析仪或者阻抗分析仪。
能够通过在端子N6与导体部G1之间安装电感器部件来实现电感器L2。在该情况下，易于设计电感器L2的电感相对于寄生电感L11的比，因此具有易于降低噪声这样的效果。代替该方式，电感器L2也可以是在印刷电路板上形成的蛇行布线(日语：ミアンダ配線)。在该情况下，不需要为电感器L2而增加部件，因此具有削减部件个数以及成本的效果。由于在电感器L2中不流通大的电流，因此蛇行布线的宽度也可以细，能够小面积地形成蛇行布线。
因而，根据实施方式1所涉及的开关电路装置，即使包括正极母线的电路部分与包括负极母线的电路部分的非对称性强，也能够降低共模噪声的产生量。由此，具有削减用于屏蔽噪声的噪声应对部件且削减开关电路装置的尺寸及成本的效果。
在以上的说明中，设为电容C11、C12分别是寄生电容，但电容C11、C12也可以分别包括并非寄生电容的电容器的电容。电容C11也可以包括与电感器L1并联连接的电容器的电容。电容C12也可以包括连接在端子N5与导体部G1之间的电容器的电容。通过将电容C11、C12中的至少一方的至少一部分设为并非寄生电容的电容器的电容，易于设计电容C11相对于电容C12的比，因此具有易于降低噪声这样的效果。
另一方面，在如上述那样电容C11是在电感器L1的绕线中产生的寄生电容的情况下，寄生电容C11与电感器L1为一体，因此具有削减部件个数、安装面积以及成本的效果。另外，在如上述那样电容C12是在开关元件的导体部分与导体部G1之间形成的寄生电容的情况下，不需要为寄生电容C12而增加部件，因此具有削减部件个数以及成本的效果。
另外，电容C11、C12中的至少一方也可以是寄生电容与并非寄生电容的电容器的电容的组合。
同样地，在以上的说明中，设为电感L11是寄生电感，但电感L11也可以包括并非寄生电感的电感器的电感。电感L11也可以包括连接在端口端子N2与端子N6之间的电感器的电感。在该情况下，易于设计电感器L2的电感相对于寄生电感L11的比，因此具有易于降低噪声这样的效果。
另一方面，在如上述那样电感L11是端口端子N2与端子N6之间的布线的寄生电感的情况下，不需要为寄生电感L11而增加部件，因此具有削减部件个数和成本的效果。
另外，电感L11也可以是寄生电感与并非寄生电感的电感器的电感的组合。
实施方式1并不限定于升压转换器，能够应用于具备产生开关噪声的噪声源(即，潜在的共模噪声的噪声源)的任意的开关电路装置。当参照图1对这种开关电路装置的结构进行说明时，开关电路装置具备端口端子N1、N2、电感器L1、至少包括一个开关元件的开关电路部1以及导体部G1。开关电路部1至少具备端子N5、N6，端子N5经由电感器L1连接于端口端子N1，端子N6连接于端口端子N2。开关电路装置还具有：电容C11，其设置在端口端子N1与端子N5之间；电容C12，其设置在端子N5与导体部G1之间；以及电感L11，其设置在端口端子N2与端子N6之间。开关电路装置还具备：电容器C1，其连接在端口端子N1与端口端子N2之间；以及电感器L2，其连接在端子N6与导体部G1之间。电感器L2具有使电感器L2的电感相对于电感L11的比与电容C11相对于电容C12的比相等那样的电感。由此，能够降低从开关电路装置向连接于端口端子N1、N2的电路传播的共模噪声。
接着，参照图9和图10对实施方式1的第一变形例所涉及的开关电路装置进行说明。
图9是表示实施方式1的第一变形例所涉及的开关电路装置的结构的电路图。图9的开关电路装置除了具备图1的开关电路装置的各结构要素以外，还具备在端子N6与导体部G1之间与电感器L2串联连接的电容器C3。图1的开关电路装置利用电感器L2将负极母线与导体部G1进行连接，因此不能在需要将负极母线与导体部G1绝缘的设备中使用。另一方面，图9的开关电路装置利用电容器C3将负极母线与导体部G1绝缘。在本说明书中，也将电容器C3称为“第三电容器”。
图10是图9的开关电路装置的等效电路图。在包括电感器L2和电容器C3的串联电路部分的谐振频率以上的频带，端子N6与导体部G1之间的阻抗为感应性的。因而，与图1的开关电路装置同样地，使电感器L2的电感相对于寄生电感L11的比等于寄生电容C11相对于寄生电容C12的比。此时，在包括电感器L2和电容器C3的串联电路部分的谐振频率以上的频带具有降低共模噪声的效果。由此，能够在确保负极母线与导体部G1的绝缘的基础上削减用于屏蔽噪声的噪声应对部件，具有削减开关电路装置的尺寸和成本的效果。
在利用电容器C3将负极母线与导体部G1绝缘的情况下，在电感器L2中不流通大的电流，因此能够使用具有小的额定电流的小型的电感器部件。
包括电感器L2和电容器C3的串联电路部分的谐振频率也可以等于由电感器L1的电感和寄生电容C11决定的包括电感器L1的并联电路部分的谐振频率。在该情况下，不仅在包括电感器L1和寄生电容C11的并联电路部分的谐振频率以上的频带具有降低共模噪声的效果，在小于该谐振频率的频带也具有降低共模噪声的效果。
接着，参照图11和图12对实施方式1的第二变形例所涉及的开关电路装置进行说明。
图11是表示实施方式1的第二变形例所涉及的开关电路装置的结构的电路图。图11的开关电路装置除了具备图1的开关电路装置的各结构要素以外，还具备构成Y电容器的电容器C3a、C3b。电容器C3a、C3b串联连接在端口端子N3与端口端子N4之间，电容器C3a与电容器C3b的连接点经由电感器L2连接于导体部G1。电容器C3a对应于图9的电容器C3。换句话说，电容器C3a在端子N6与导体部G1之间与电感器L2串联连接，电感器L2经由电容器C3a连接于端子N6。电感器L2与电容器C3a的连接点经由电容器C3b连接于端子N7。在本说明书中，也将电容器C3a和电容器C3b称为“第三电容器和第四电容器”。
图12是图11的开关电路装置的等效电路图。图12的开关电路装置除了具备互相并联连接的电容器C3a、C3b来代替图10的电容器C3以外，与图10的开关电路装置同样地构成。因而，图11的开关电路装置具有通过与式(1)同样的原理来降低共模噪声的效果。
包括电感器L2和电容器C3a、C3b的串联电路部分的谐振频率也可以等于由电感器L1的电感和寄生电容C11决定的包括电感器L1的并联电路部分的谐振频率。在该情况下，不仅在包括电感器L1和寄生电容C11的并联电路部分的谐振频率以上的频带具有降低共模噪声的效果，在小于该谐振频率的频带也具有降低共模噪声的效果。
接着，参照图13和图14对实施方式1的第三变形例所涉及的开关电路装置进行说明。
图13是表示实施方式1的第三变形例所涉及的开关电路装置的结构的电路图。在图13的开关电路装置中，图1的电感器L2被分离为连接在端子N6与导体部G1之间的电感器L2a和连接在端子N7与导体部G1之间的电感器L2b。图13的开关电路装置还具备电容器C3a和电容器C3b，其中，该电容器C3a在端子N6与导体部G1之间与电感器L2a串联连接，该电容器C3b在端子N7与导体部G1之间与电感器L2b串联连接。图13的将电感器L2a与电感器L2b互相并联连接时的合成电感等于图1的电感器L2的电感。在本说明书中，也将电感器L2a和电感器L2b称为“第三电感器和第四电感器”。
图14是图13的开关电路装置的等效电路图。在包括电感器L2a和电容器C3a的串联电路部分的谐振频率以上且包括电感器L2b和电容器C3b的串联电路部分的谐振频率以上的频带，端子N6及N7与导体部G1之间的阻抗为感应性的。因而，使将电感器L2a与电感器L2b互相并联连接时的合成电感相对于寄生电感L11的比等于寄生电容C11相对于寄生电容C12的比。此时，在包括电容器C3a和电感器L2a的串联电路部分的谐振频率以上且包括电容器C3b和电感器L2b的串联电路部分的谐振频率以上的频带具有降低共模噪声的效果。由此，能够在确保正极母线及负极母线与导体部G1的绝缘的基础上削减用于屏蔽噪声的噪声应对部件，具有削减开关电路装置的尺寸和成本的效果。
包括电感器L2a、L2b以及电容器C3a、C3b的串联电路部分的谐振频率也可以等于由电感器L1的电感和寄生电容C11决定的包括电感器L1的并联电路部分的谐振频率。在该情况下，不仅在包括电感器L1和寄生电容C11的并联电路部分的谐振频率以上的频带具有降低共模噪声的效果，在小于该谐振频率的频带也具有降低共模噪声的效果。
当将图11和图13的开关电路装置进行比较时，图11的开关电路装置的部件个数比图13的开关电路装置的部件个数少。另外，电感器L2的电感比电感器L2a、L2b各自的电感小。例如，L2＝L2a/2＝L2b/2。因而，图11的开关电路装置具有比图13的开关电路装置的安装面积小的安装面积，具有能够削减成本这样的效果。另一方面，在图11的开关电路装置中，电容器C2、C3a、C3b具有10nH左右的寄生电感，因此有时在10MHz频带时产生并联谐振。在并联谐振频率下端子N6和端子N7无法视为同一节点，因此无法降低噪声。因而，图13的开关电路装置与图11的开关电路装置相比具有在10MHz频带稳定地降低噪声的效果。
接着，参照图15对实施方式1的第四变形例所涉及的开关电路装置进行说明。
图15是表示实施方式1的第四变形例所涉及的开关电路装置的结构的电路图。图15的开关电路装置具备与图13的开关电路装置同样的结构要素。在此，当从端子N6、N7经由电感器L2a、L2b向导体部G1分别流通电流时，电感器L2a、L2b相互以电磁方式耦合，使得彼此增强磁通。如上述那样，图13的电感器L2a及L2b的尺寸比图11的电感器L2的尺寸大。具有以下效果：通过如图15那样使电感器L2a及L2b相互以电磁方式耦合，能够降低各电感器L2a及L2b的电感。因而，图15的开关电路装置与图13的开关电路装置相比具有削减开关电路装置的尺寸的效果。
<实施方式2>
在设计实施方式1的开关电路装置的布线布局时，有需要特别注意的事项。以开关电路装置具备图3的开关电路部1a的情况为例，在下面说明其理由。
图16是表示比较例所涉及的开关电路装置的结构的电路图。图16的开关电路装置具备图2的开关电路部1a，来作为图13的开关电路部1。在实施方式1的说明中叙述了以下内容：在MHz频带，电容器C2的阻抗小，因此能够将端子N6和端子N7视为同一节点。然而，根据布线的布局，如图16所示，有时在将开关电路部1a的端子N6a与电容器的负极的端子N6b连接的布线部分产生有效的大小的寄生电感L12。
图17是图16的开关电路装置的等效电路图。在开关电路装置具有寄生电感L12的情况下，无法将端子N6a、N6b、N7视为同一节点。此时，也无法将晶体管T1和二极管D1表示为单个的噪声源，不符合用于降低共模噪声的在实施方式1中说明的原理。
在图16的开关电路装置中，如果能够满足以下的二者的关系，也能够根据叠加原理来降低源自晶体管T1和二极管D1这二者的共模噪声。
(1)晶体管T1的漏极端子与二极管D1的阳极端子之间的阻抗同寄生电感L12的阻抗的比与寄生电容C11的阻抗同寄生电感L11的阻抗的比一致。
(2)晶体管T1的漏极端子与二极管D1的阳极端子之间的阻抗同寄生电感L12的阻抗的比与寄生电容C12的阻抗同电感器L2a及L2b的合成电感的阻抗的比一致。
但是，寄生电容C11的阻抗和寄生电感L11的阻抗是电容性和感应性的组合。同样地，寄生电容C12的阻抗和电感器L2a及L2b的合成电感的阻抗是电容性和感应性的组合。另一方面，晶体管T1的漏极端子与二极管D1的阳极端子之间的阻抗和寄生电感L12的阻抗双方均是感应性的。因而，在图16的开关电路装置中，难以在宽阔的频率范围内实现降低共模噪声那样的阻抗的一致。
与此相对地，参照图18和图19对不易受到寄生电感L12的影响那样的布线的布局进行说明。
图18是表示实施方式2所涉及的开关电路装置的结构的电路图。端口端子N2与端子N6a之间的布线包括第一布线部分和第二布线部分，其中，该第一布线部分包含于端子N6a与电容器C2之间的布线，该第二布线部分从端子N6a与电容器C2之间的布线中的与端子N6a相比接近电容器C2的一端的分支点分支出来并到达端口端子N2。分支点尽可能地设置为接近电容器C2。
图19是图18的开关电路装置的等效电路图。寄生电感L12与晶体管T1包含于同一分支。晶体管T1的分支与二极管D1的分支并联连接，因此能够用将寄生电感L12考虑为内部阻抗的单个的等效电压源来表现晶体管T1和二极管D1。因而，能够防止由于寄生电感L12而导致降低共模噪声的效果劣化。
图20是表示图16的开关电路装置的电压传递系数的频率特性的曲线图。
图21是表示图18的开关电路装置的电压传递系数的频率特性的曲线图。
在图20和图21的电路模拟中设定了以下的表所示的电容和电感。
Figure GDA0001960156870000161
图20和图21表示使电感器L2a及L2b的电感变化时的从开关电路部1a向端口P1的电压传递系数Vcm/Vsw。虚线表示0nH的情况，实线表示1420nH的情况。伴随晶体管T1的动作在端子N5与端子N6a之间产生开关噪声的电压Vsw。关于二极管D1，设想阳极-阴极间的电容，用1nF的电容器进行了置换。另外，对电容器C1及C2分别追加了10nH的串联寄生电感。
当参照图20时获知，即使搭载了1420nH的电感器L2a及L2b，也没有充分地获得降低共模噪声的效果。另一方面，当参照图21时获知，通过搭载1420nH的电感器L2a及L2b，在3MHz～30MHz的频带大幅地降低了共模噪声。
<实施方式3>
图22是表示实施方式3所涉及的电力转换系统的结构的框图。图22的电力转换系统具备电源装置11、噪声过滤器12、开关电路装置13以及负载装置14。这些结构要素通过正极母线、负极母线以及接地线互相连接。
开关电路装置13与实施方式1及实施方式2的开关电路装置同样地构成。在本说明书中，也将开关电路装置13称为“电力转换装置”。如上述那样，实施方式1和实施方式2的开关电路装置例如作为升压转换器进行动作。开关电路装置13的端口端子N1、N2经由噪声过滤器12连接于电源装置11，开关电路装置13的端口端子N3、N4连接于负载装置14。实施方式1和实施方式2的开关电路装置降低从端口端子N1、N2向电源装置11传播的共模噪声，但无法抑制正常模式噪声。因而，在图22的电力转换系统中，利用噪声过滤器12来降低正常模式噪声。图22的电力转换系统具有能够有效地降低共模噪声和正常模式噪声这两种噪声的效果。
本公开的方式所涉及的开关电路装置以及电力转换装置具备以下结构。
第一方式所涉及的开关电路装置具备：
第一端口端子和第二端口端子；
第一电感器；
开关电路部，其至少包括一个开关元件；以及
导体部，
在该开关电路装置中，所述开关电路部至少具备第一端子和第二端子，所述第一端子经由所述第一电感器连接于所述第一端口端子，所述第二端子连接于所述第二端口端子，
所述开关电路装置还具有：
第一电容，其设置在所述第一端口端子与所述第一端子之间；
第二电容，其设置在所述第一端子与所述导体部之间；以及
第一电感，其设置在所述第二端口端子与所述第二端子之间，
所述开关电路装置还具备：
第一电容器，其连接在所述第一端口端子与所述第二端口端子之间；以及
第二电感器，其连接在所述第二端子与所述导体部之间。
关于第二方式所涉及的开关电路装置，在第一方式所涉及的开关电路装置中，
所述第二电感器具有使所述第二电感器的电感相对于所述第一电感的比与所述第一电容相对于所述第二电容的比相等那样的电感。
关于第三方式所涉及的开关电路装置，在第一方式或第二方式所涉及的开关电路装置中，
所述第一电容是在第一电感器的绕线中产生的寄生电容。
关于第四方式所涉及的开关电路装置，在第一方式或第二方式所涉及的开关电路装置中，
所述第一电容包括与所述第一电感器并联连接的电容器的电容。
关于第五方式所涉及的开关电路装置，在第一方式～第四方式中的任一方式所涉及的开关电路装置中，
所述第二电容是在所述开关元件的导体部分与所述导体部之间形成的寄生电容。
关于第六方式所涉及的开关电路装置，在第一方式～第四方式中的任一方式所涉及的开关电路装置中，
所述第二电容包括连接在所述第一端子与所述导体部之间的电容器的电容。
关于第七方式所涉及的开关电路装置，在第一方式～第六方式中的任一方式所涉及的开关电路装置中，
所述第一电感是所述第二端口端子与所述第二端子之间的布线的寄生电感。
关于第八方式所涉及的开关电路装置，在第一方式～第六方式中的任一方式所涉及的开关电路装置中，
所述第一电感包括连接在所述第二端口端子与所述第二端子之间的电感器的电感。
关于第九方式所涉及的开关电路装置，在第一方式～第八方式中的任一方式所涉及的开关电路装置中，
所述第二电感器是形成在印刷电路板上的蛇行布线。
关于第十方式所涉及的开关电路装置，在第一方式～第九方式中的任一方式所涉及的开关电路装置中，
所述开关电路装置还具备第三端口端子和第四端口端子，
所述开关电路部还具备第三端子，所述第三端子连接于所述第三端口端子，所述第二端子进一步连接于所述第四端口端子，
所述开关电路装置还具备连接在所述第二端子与所述第三端子之间的第二电容器，
所述开关电路部包括：
第一开关元件，其连接在所述第一端子与所述第二端子之间；以及
第二开关元件，其连接在所述第一端子与所述第三端子之间。
关于第十一方式所涉及的开关电路装置，在第十方式所涉及的开关电路装置中，
所述开关电路装置还具备第三电容器，该第三电容器在所述第二端子与所述导体部之间与所述第二电感器串联连接。
关于第十二方式所涉及的开关电路装置，在第十一方式所涉及的开关电路装置中，
包括所述第二电感器和所述第三电容器的电路部分的谐振频率等于由所述第一电感器的电感和所述第一电容决定的包括所述第一电感器的电路部分的谐振频率。
关于第十三方式所涉及的开关电路装置，在第十一方式所涉及的开关电路装置中，
所述第二电感器经由所述第三电容器连接于所述第二端子，
所述开关电路装置还具备第四电容器，
所述第二电感器与所述第三电容器的连接点经由所述第四电容器连接于所述第三端子。
关于第十四方式所涉及的开关电路装置，在第十三方式所涉及的开关电路装置中，
包括所述第二电感器和所述第三电容器及所述第四电容器的电路部分的谐振频率等于由所述第一电感器的电感和所述第一电容决定的包括所述第一电感器的电路部分的谐振频率。
关于第十五方式所涉及的开关电路装置，在第十方式所涉及的开关电路装置中，
所述第二电感器包括连接在所述第二端子与所述导体部之间的第三电感器和连接在所述第三端子与所述导体部之间的第四电感器，
所述开关电路装置还具备：
第三电容器，其在所述第二端子与所述导体部之间与所述第三电感器串联连接；以及
第四电容器，其在所述第三端子与所述导体部之间与所述第四电感器串联连接，
所述第二电感器的电感等于将所述第三电感器与所述第四电感器互相并联连接时的合成电感。
关于第十六方式所涉及的开关电路装置，在第十五方式所涉及的开关电路装置中，
包括所述第三电感器和所述第四电感器以及所述第三电容器和所述第四电容器的电路部分的谐振频率等于由所述第一电感器的电感和所述第一电容决定的包括所述第一电感器的电路部分的谐振频率。
关于第十七方式所涉及的开关电路装置，在第十五方式或第十六方式所涉及的开关电路装置中，
当从所述第二端子和所述第三端子经由所述第三电感器和所述第四电感器向所述导体部分别流通电流时，所述第三电感器与所述第四电感器相互以电磁方式耦合，使得彼此增强磁通。
关于第十八方式所涉及的开关电路装置，在第十方式～第十七方式中的任一方式所涉及的开关电路装置中，
所述第二端口端子与所述第二端子之间的布线包括第一布线部分和第二布线部分，
其中，该第一布线部分包含于所述第二端子与所述第二电容器之间的布线，
该第二布线部分从所述第二端子与所述第二电容器之间的布线中的与所述第二端子相比接近所述第二电容器的一端的分支点分支出来并到达所述第二端口端子。
第十九方式所涉及的电力转换装置是一种具备第十方式～第十八方式中的任一个方式所涉及的开关电路装置的电力转换装置，
所述第一端口端子和所述第二端口端子连接于电源装置，
所述第三端口端子和所述第四端口端子连接于负载装置，
所述开关电路装置作为升压转换器进行动作。
关于第二十方式所涉及的电力转换装置，在第十九方式所涉及的电力转换装置中，
还具备噪声过滤器，该噪声过滤器被插入到所述第一端口端子及所述第二端口端子与所述电源装置之间。
产业上的可利用性
本公开所涉及的开关电路装置对于以低噪声、小型且低成本实现在产业用的开关电源装置等中使用的开关电路装置来说是有用的。
附图标记说明
1、1a、1b：开关电路部；2、2a、2b：控制电路；11：电源装置；12：噪声过滤器；13：开关电路装置；14：负载装置；C1、C2、C3、C3a、C3b：电容器；C11、C12：寄生电容；D1：二极管；G1：导体部；L1、L2、L2a、L2b：电感器；L11、L12：寄生电感；N1～N4：端口端子；N5～N7：端子；P1、P2：端口；S1、S2：开关元件；T1、T2：晶体管。

Claims (19)

1.一种开关电路装置，具备：
第一端口端子和第二端口端子；
第一电感器；
开关电路部，其至少包括一个开关元件；以及
导体部，
在该开关电路装置中，所述开关电路部至少具备第一端子和第二端子，所述第一端子经由所述第一电感器连接于所述第一端口端子，所述第二端子连接于所述第二端口端子，
所述开关电路装置还具有：
第一电容，其设置在所述第一端口端子与所述第一端子之间；
第二电容，其设置在所述第一端子与所述导体部之间；以及
第一电感，其设置在所述第二端口端子与所述第二端子之间，
所述开关电路装置还具备：
第一电容器，其连接在所述第一端口端子与所述第二端口端子之间；以及
第二电感器，其连接在所述第二端子与所述导体部之间，
所述第二电感器具有使所述第二电感器的电感相对于所述第一电感的比与所述第一电容相对于所述第二电容的比相等那样的电感。
2.根据权利要求1所述的开关电路装置，其特征在于，
所述第一电容是在第一电感器的绕线中产生的寄生电容。
3.根据权利要求1所述的开关电路装置，其特征在于，
所述第一电容包括与所述第一电感器并联连接的电容器的电容。
4.根据权利要求1所述的开关电路装置，其特征在于，
所述第二电容是在所述开关元件的导体部分与所述导体部之间形成的寄生电容。
5.根据权利要求1所述的开关电路装置，其特征在于，
所述第二电容包括连接在所述第一端子与所述导体部之间的电容器的电容。
6.根据权利要求1所述的开关电路装置，其特征在于，
所述第一电感是所述第二端口端子与所述第二端子之间的布线的寄生电感。
7.根据权利要求1所述的开关电路装置，其特征在于，
所述第一电感包括连接在所述第二端口端子与所述第二端子之间的电感器的电感。
8.根据权利要求1所述的开关电路装置，其特征在于，
所述第二电感器是在印刷电路板上形成的蛇行布线。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的开关电路装置，其特征在于，
所述开关电路装置还具备第三端口端子和第四端口端子，
所述开关电路部还具备第三端子，所述第三端子连接于所述第三端口端子，所述第二端子还连接于所述第四端口端子，
所述开关电路装置还具备连接在所述第二端子与所述第三端子之间的第二电容器，
所述开关电路部包括：
第一开关元件，其连接在所述第一端子与所述第二端子之间；以及
第二开关元件，其连接在所述第一端子与所述第三端子之间。
10.根据权利要求9所述的开关电路装置，其特征在于，
所述开关电路装置还具备第三电容器，该第三电容器在所述第二端子与所述导体部之间与所述第二电感器串联连接。
11.根据权利要求10所述的开关电路装置，其特征在于，
包括所述第二电感器和所述第三电容器的电路部分的谐振频率等于由所述第一电感器的电感和所述第一电容决定的包括所述第一电感器的电路部分的谐振频率。
12.根据权利要求10所述的开关电路装置，其特征在于，
所述第二电感器经由所述第三电容器连接于所述第二端子，
所述开关电路装置还具备第四电容器，
所述第二电感器与所述第三电容器的连接点经由所述第四电容器连接于所述第三端子。
13.根据权利要求12所述的开关电路装置，其特征在于，
包括所述第二电感器、所述第三电容器及所述第四电容器的电路部分的谐振频率等于由所述第一电感器的电感和所述第一电容决定的包括所述第一电感器的电路部分的谐振频率。
14.根据权利要求9所述的开关电路装置，其特征在于，
所述第二电感器包括连接在所述第二端子与所述导体部之间的第三电感器和连接在所述第三端子与所述导体部之间的第四电感器，
所述开关电路装置还具备：
第三电容器，其在所述第二端子与所述导体部之间与所述第三电感器串联连接；以及
第四电容器，其在所述第三端子与所述导体部之间与所述第四电感器串联连接，
所述第二电感器的电感等于将所述第三电感器与第四电感器互相并联连接时的合成电感。
15.根据权利要求14所述的开关电路装置，其特征在于，
包括所述第三电感器和所述第四电感器以及所述第三电容器和所述第四电容器的电路部分的谐振频率等于由所述第一电感器的电感和所述第一电容决定的包括所述第一电感器的电路部分的谐振频率。
16.根据权利要求14所述的开关电路装置，其特征在于，
当从所述第二端子和所述第三端子经由所述第三电感器和所述第四电感器向所述导体部分别流通电流时，所述第三电感器与所述第四电感器相互以电磁方式耦合，使得彼此增强磁通。
17.根据权利要求9所述的开关电路装置，其特征在于，
所述第二端口端子与所述第二端子之间的布线包括第一布线部分和第二布线部分，
其中，该第一布线部分包含于所述第二端子与所述第二电容器之间的布线，
该第二布线部分从所述第二端子与所述第二电容器之间的布线的与所述第二端子相比接近所述第二电容器的一端的分支点分支出来并到达所述第二端口端子。
18.一种具备开关电路装置的电力转换装置，所述开关电路装置具备：
第一端口端子和第二端口端子；
第一电感器；
开关电路部，其至少包括一个开关元件；以及
导体部，
在该开关电路装置中，所述开关电路部至少具备第一端子和第二端子，所述第一端子经由所述第一电感器连接于所述第一端口端子，所述第二端子连接于所述第二端口端子，
所述开关电路装置还具有：
第一电容，其设置在所述第一端口端子与所述第一端子之间；
第二电容，其设置在所述第一端子与所述导体部之间；以及
第一电感，其设置在所述第二端口端子与所述第二端子之间，
所述开关电路装置还具备：
第一电容器，其连接在所述第一端口端子与所述第二端口端子之间；以及
第二电感器，其连接在所述第二端子与所述导体部之间，
所述第二电感器具有使所述第二电感器的电感相对于所述第一电感的比与所述第一电容相对于所述第二电容的比相等那样的电感，
所述开关电路装置还具备第三端口端子和第四端口端子，
所述开关电路部还具备第三端子，所述第三端子连接于所述第三端口端子，所述第二端子还连接于所述第四端口端子，
所述开关电路装置还具备连接在所述第二端子与所述第三端子之间的第二电容器，
所述开关电路部包括：
第一开关元件，其连接在所述第一端子与所述第二端子之间；以及
第二开关元件，其连接在所述第一端子与所述第三端子之间，
在所述电力转换装置中，
所述第一端口端子和所述第二端口端子连接于电源装置，
所述第三端口端子和所述第四端口端子连接于负载装置，
所述开关电路装置作为升压转换器进行动作。
19.根据权利要求18所述的电力转换装置，其特征在于，
还具备噪声过滤器，该噪声过滤器被插入到所述第一端口端子及所述第二端口端子与所述电源装置之间。
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