JP2007082310A - スイッチング電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】一部の変更によりスプリアスを抑制したスイッチング電源回路を提供する。
【解決手段】電源としてのバッテリーが接続され、該バッテリーの出力をスイッチングし平滑回路にて平滑化して出力するスイッチング電源回路において、平滑回路の一部を構成するコイルをコイルＬ３とコイルＬ４とに２分割し、２分割されたコイルが互いに磁束を打ち消し合うようにコイルＬ３の巻き終わりとコイルＬ４の巻き終わりを電気的に接続して直列接続すると共に、コイルＬ３とコイルＬ４を互いに隣接して配置し、かつコイルＬ３とコイルＬ４それぞれのコイルの巻き回軸をプリント基板のグランドパターン面に対して垂直に配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明はＶＣＯやＰＬＬ回路を備えた電子機器に使用してスプリアスの発生を抑制したスイッチング電源回路に関する。

チューナなどの妨害を受け易い主たる第１の負荷回路に電力を供給する主電源回路と第１の負荷回路を制御するために用いるコンピュータなどの妨害を受けにくい第２の負荷回路に電力を供給するスイッチング電源回路とを備えて、第１の負荷回路の動作中はスイッチング電源回路を動作停止中に制御すると共に、主電源回路を動作状態に制御して第２の負荷回路に主電源回路から電力を供給し、第１の負荷回路が動作停止中では主電源回路を動作停止状態に制御すると共に、スイッチング電源回路を動作状態にして第２の負荷回路にスイッチング電源回路から電力を供給するように制御することによって、第１の負荷回路の動作中にはスイッチング電源回路を動作させず，スイッチング電源回路からのノイズ発生を阻止した電源制御回路が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−２８７３８５号公報

しかし、上記の電源回路によるときは主電源回路とスイッチング電源回路の２種類の電源を必要とし、この２種類の電源回路のために装置が大型化するという問題がある他、電源回路の使用効率が悪いという問題点もあって、無線通信機などへの使用には不向きであった。

一方、例えば、局部発振器として作用するＰＬＬ回路を使用した周波数シンセサイザと、受信信号を復調すると共にマイク出力信号に基づき変調信号を生成するデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）とを備えた無線通信機が知られている。かかる無線通信機の電源電圧は、例えば送信出力を５Ｗ出力する必要から７．５Ｖとしているが、ＤＳＰは低電圧の３．６Ｖで動作するので、電流削減のために、ＤＳＰの電源として出力電圧が３．６ＶのＤＣ／ＤＣ変換をして出力を得るスイッチング電源回路を用いることが行われる。

また一方、ＤＣ／ＤＣ変換をして出力を得るスイッチング電源回路ＰＷは、例えば図５に示す如く、バッテリー端子からの入力ラインにコイルＬ１とコンデンサＣ１およびＣ２からなるフィルタＦ１を接続し、フィルタＦ１からの出力をＤＣ／ＤＣ制御集積回路ＩＣ１によってオンオフ制御されるスイッチングトランジスタＱ１にてスイッチングし、スイッチング出力をダイオードＤ１とコイルＬ２とコンデンサＣ３からなる平滑回路Ｓ１にて平滑化して出力するように構成されている。また、図５に示すスイッチング電源回路ＰＷでは、フィルタＦ１を設けてスイッチングノイズが入力ラインに影響しないように構成している。

しかし、ＶＣＯやＰＬＬ回路を使用したＰＬＬ周波数シンセサイザを備えた電子機器、例えば、無線通信機の場合の例では図６（ａ）に示す如く、無線通信機を構成する受信ブロック１、送信ブロック２、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）３、ＶＣＴＣＸＯ（温度補償水晶発振器）とＰＬＬ回路４と逓倍器とループフィルタ６とＶＣＯ７とからなるＰＬＬ周波数シンセサイザ８を備えており、スイッチング電源回路ＰＷは、平面的に図６（ａ）に示す如くに配置される。図６（ａ）において網点部はグランドを示し、符号９はアンテナを示している。

さらに、スイッチング電源回路ＰＷ内の平面的配置は図６（ｂ）に示す如くであって、受信ブロック１とＰＬＬ周波数シンセサイザ８との間を通した配線によってコンデンサＣ１およびコイルＬ１がバッテリー＋端子と電気的に接続されている。

スイッチング電源回路ＰＷのスイッチング周波数などの高い周波数の場合は、スイッチング電源回路ＰＷに磁気シールドを施すことによってノイズ対策が可能となるが、負荷変動の周期が数１０ｋＨｚ以下の場合、負荷変動によるスプリアスを抑えるためにシールドの厚さを増したり、シールドの材質を低周波でのシールド効果の高いものに変更したりしても、磁気シールドでスイッチングノイズ対策するのは難しいという問題点がある。

さらに説明すると、スイッチング電源回路ＰＷにおける平滑回路Ｓ１を構成するコイルＬ２はスイッチング電源回路ＰＷ上必要不可欠のコイルであり、しかも大きなインダクタンス値（例えば６８μＨ）を必要とする。必然的にスイッチング電源回路ＰＷにおけるスイッチングにより、コイルＬ２による発生磁束も多くなり、負荷電流の変動によるコイルＬ２の発生磁束の変動も大きくなる。図７にコイルＬ２とプリント基板（グランドパターンを挟む多層プリント基板）Ｐ１の模式図を示す。図７の例ではコイルＬ２は、その巻き回軸がプリント基板Ｐ１のグランドパターン面に直交して設けられている。したがって、コイルＬ２により発生した磁束が高周波電流の流れているグランドパターンを突き抜けることによって渦電流を発生する所謂電磁結合を起こす。この渦電流の影響により、図８に示すように、図６（ａ）における無線通信機のＶＣＯの高周波信号にスプリアスが発生する。

その一例を示せば、スイッチング電源回路ＰＷの負荷であるＤＳＰ３における信号処理が集中しているときと、さほど集中していないときとが２．４ｋＨｚ周期で繰り返される場合、スイッチング電源回路ＰＷの負荷変化は２，４ｋＨｚの周期で繰り返される。この状態を負荷変動２．４ｋＨｚの場合とも記す。このときにおいてＶＣＯの出力に、図８に示す如く、ＶＣＯの出力のセンター周波数から２．４ｋＨｚ離れた周波数の位置にレベル−５０，１３ｄＢのＡを付して示したように、スプリアスが生ずるという問題点がある。

これらの問題点を解消するために、ＶＣＯ、ＰＬＬ回路の近くにスイッチング電源回路ＰＷを配置しないように平面的配置を変更すると、各ブロックを配置するうえで制限が生じたり、スペースを確保するために変更しなくても良い場所を変更したりする必要が生ずるという問題点がある。

本発明は、全体の平面的配置を実質的に変更せず、一部の変更によってスプリアスを抑制したスイッチング電源回路を提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかるスイッチング電源回路は、電源としてのバッテリーが接続され、該バッテリーの出力をスイッチングし平滑回路にて平滑化して出力するスイッチング電源回路において、前記平滑回路の一部を構成するコイルを２分割し、２分割されたコイルが互いに磁束を打ち消し合うように一方のコイルの巻き始めと他方のコイルの巻き始め、または一方のコイルの巻き終わりと他方のコイルの巻き終わりを電気的に接続して直列接続すると共に、２分割されたコイルを互いに隣接して配置し、かつ２分割されたそれぞれのコイルの巻き回軸をプリント基板のグランドパターン面に対して垂直に配置したことを特徴とする。

本発明の請求項２にかかるスイッチング電源回路は、電源としてのバッテリーが接続されて該バッテリーの出力をスイッチングし平滑回路にて平滑化して出力するスイッチング電源回路において、前記平滑回路の一部を構成するコイルの巻き回軸がプリント基板のグランドパターン面に対して平行になるように前記コイルを配置したことを特徴とする。

本発明の請求項１にかかるスイッチング電源回路によれば、電源としてのバッテリーが接続され、該バッテリーの出力をスイッチングし平滑回路にて平滑化して出力するスイッチング電源回路において、前記平滑回路の一部を構成するコイルが２分割され、２分割されたコイルが互いに磁束を打ち消し合うように一方のコイルの巻き始めと他方のコイルの巻き始め、または一方のコイルの巻き終わりと他方のコイルの巻き終わりが電気的に接続されて直列接続されると共に、２分割されたコイルが互いに隣接され、かつ２分割されたそれぞれのコイルの巻き回軸がプリント基板のパターン面に対して垂直に配置されるために、コイルによる磁束発生を抑制することができ、さらに負荷変動に対してもグランドパターンを突き抜ける磁束を抑えることができて、高周波信号への影響がなくなって、高周波信号のスプリアスはなくなり、電磁シールドも不要とすることができる。また、スイッチング電源回路をＶＣＯのそばに配置することも可能になり、電子機器の小型化に寄与する。

本発明の請求項２にかかるスイッチング電源回路によれば、電源としてのバッテリーが接続されて該バッテリーの出力をスイッチングし平滑回路にて平滑化して出力するスイッチング電源回路において、前記平滑回路の一部を構成するコイルの巻き回軸がプリント基板のグランドパターン面に対して平行に配置されるために、負荷変動に対してもグランドパターンを突き抜ける磁束の発生を抑えることができて、高周波信号への影響がなくなって、高周波信号のスプリアスはなくなり、電磁シールドも不要とすることができる。また、スイッチング電源回路をＶＣＯのそばに配置することも可能になり、電子機器の小型化に寄与する。

以下、本発明にかかるスイッチング電源回路を実施の一形態によって説明する。

図１は本発明の実施の一形態にかかるスイッチング電源回路ＰＷａの平面的配置を示す模式図である。

本発明の実施の一形態にかかるスイッチング電源回路ＰＷａは、図１に示すように、スイッチング電源回路ＰＷにおける平滑回路Ｓ１を構成するコイルＬ２を２分割してコイルＬ３とコイルＬ４とし、コイルＬ３とコイルＬ４を直列接続する。コイルＬ２は６８μＨであれば、３４μＨ２個にして電気的に直列接続する。この際、図１および図２に示すように、互いに磁束を打ち消し合うように、コイルｌ３の巻き始めとコイルｌ４の巻き始め、またはコイルｌ３の巻き終わりとコイルｌ４の巻き終わりを電気的に接続して直列接続すると共に、コイルｌ３とコイルｌ４を互いに隣接して配置し、コイルｌ３およびコイルｌ４の巻き回軸をプリント基板Ｐ１のグランドパターン面に対して垂直に配置する。その他は、図６（ｂ）に示スイッチング電源回路ＰＷと同一配置および構成である。

上記のように構成したため、スイッチング電源回路ＰＷａによれば、コイルｌ３およびコイルｌ４にて発生する磁束の発生が抑えられ、図２に示すようにグランドパターンを突き抜ける磁束の発生を抑えることができて、磁束による高周波信号への影響がなくなる。

具体的に、スイッチング電源回路ＰＷａを図６（ａ）に示す無線通信機に用いた場合で例示すれば、図８に対応して、スイッチング電源回路ＰＷａを設けた場合の無線通信機のＶＣＯの出力波形は図３の如くになる。すなわち、図３に示す如くＶＣＯのセンター周波数から２．４ｋＨｚ離れた周波数位置にレベル−７４．３４ｄＢのＢを付して示したスプリアスが生ずる。図３と図８とを比較すれば明らかなように約２３ｄＢのスプリアスの改善がみられる。この場合の負荷変動は２．４ｋＨｚであって、図８の場合と同じである。

このように、スイッチング電源回路ＰＷａをＶＣＯやＰＬＬ回路の近くに設けても、スプリアスを抑制することができる。特にスプリアス除去が難しかった低周波の負荷変動に対して有効である。さらに、スイッチング電源回路ＰＷａでは、平滑回路Ｓ１の一部を構成するコイルＬ２を２分割して隣接して設けのみであり、磁気シールドも簡略化することができて、軽量化および省スペース化が図れる。

スイッチング電源回路ＰＷａの変形例について説明する。スイッチング電源回路ＰＷａでは、スイッチング電源回路ＰＷにおける平滑回路Ｓ１の一部を構成するコイルＬ２を、２分割して構成した場合を例示したが、図４に示すようにコイルＬ２をその巻き回軸がプリント基板Ｐ１のグランドパターン面に対して平行になるように配置してもよい。

この場合、コイルＬ２を、コイルＬ２の巻き回軸がプリント基板Ｐ１のグランドパターン面に平行になるように設けたため、プリント基板Ｐ１のグランド面を突き抜ける磁束を減らすことが可能となる。したがってこの場合も、コイルＬ２により発生する磁束による高周波信号への影響がなくせて、スプリアスの改善がみられ、磁気シールドも簡略化することができて、軽量化および省スペース化が図れる。

本発明の実施の一形態にかかるスイッチング電源回路の平面的配置を示す模式図である。 本発明の実施の一形態にかかるスイッチング電源回路における平滑回路のコイルの配置説明図である。 本発明の実施の一形態にかかるスイッチング電源回路を無線通信機に実装した場合のＶＣＯの出力波形図である。 本発明の実施の一形態にかかるスイッチング電源回路における平滑回路のコイルの他の配置説明図である。 スイッチング電源回路の回路図である。 従来のスイッチング電源回路を無線通信機に実装した場合の平面的配置を示す模式図である。 従来のスイッチング電源回路における平滑回路のコイルの配置説明図である。 従来のスイッチング電源回路を無線通信機に実装した場合におけるＶＣＯの出力波形図である。

符号の説明

１ 受信ブロック
２ 送信ブロック
３ デジタルシグナルプロセッサ
８ ＰＬＬ周波数シンセサイザ
Ｃ１、Ｃ２およびＣ３ コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４ コイル
Ｑ１ スイッチングトランジスタ
ＩＣ１ ＤＣ／ＤＣ制御集積回路
Ｄ１ ダイオード
Ｆ１ フィルタ
Ｓ１ 平滑回路
ＰＷおよびＰＷａ スイッチング電源回路

Claims (2)

1. 電源としてのバッテリーが接続され、該バッテリーの出力をスイッチングし平滑回路にて平滑化して出力するスイッチング電源回路において、前記平滑回路の一部を構成するコイルを２分割し、２分割されたコイルが互いに磁束を打ち消し合うように一方のコイルの巻き始めと他方のコイルの巻き始め、または一方のコイルの巻き終わりと他方のコイルの巻き終わりを電気的に接続して直列接続すると共に、２分割されたコイルを互いに隣接して配置し、かつ２分割されたそれぞれのコイルの巻き回軸をプリント基板のグランドパターン面に対して垂直に配置したことを特徴とするスイッチング電源回路。
2. 電源としてのバッテリーが接続されて該バッテリーの出力をスイッチングし平滑回路にて平滑化して出力するスイッチング電源回路において、前記平滑回路の一部を構成するコイルの巻き回軸がプリント基板のグランドパターン面に対して平行になるように前記コイルを配置したことを特徴とする特徴とするスイッチング電源回路。
   
   
   

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