JP2012059896A - 回路基板及びｄｃ−ｄｃ変換回路 - Google Patents

Abstract

【課題】形成されたループ回路に通流する電流に起因する放射電磁界を低減することができる回路基板の提供。
【解決手段】複数の回路パターン層３，４，５の間に絶縁層６が挟まれて構成され、ループ状の回路パターンを備えた回路基板。ループ状の回路パターンは、複数の回路パターン層３，４，５に亘って８の字形状に形成され、８の字形状の２つのループｃ１、ｃ２に流れる電流が、互いに逆回りになるように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の回路パターン層の間に絶縁層が挟まれて構成され、ループ状の回路パターンを備えた回路基板、及びこの回路基板を備えるＤＣ−ＤＣ変換回路に関するものである。

図１は、昇圧チョッパ回路を使用したＤＣ−ＤＣ変換回路の概略構成例を示すブロックで図ある。
このＤＣ−ＤＣ変換回路は、入力端子Ｔｉｎを通じて、外付けの直流電源１にコンデンサＣ１が並列に接続され、コンデンサＣ１の正極端子は、リアクトルＬの一方の端子に接続されている。リアクトルＬの他方の端子は、ダイオードＤのアノード及びＮチャンネルＦＥＴＴｒのドレインに接続されている。
ＦＥＴＴｒのソースは、接地端子に接続され、ゲートは、外付けの制御回路２によりオン／オフ制御される。

ダイオードＤのカソードは、コンデンサＣ２の正極端子に接続されると共に、出力端子Ｔｏｕｔを通じて負荷Ｒ１に接続され、コンデンサＣ２の負極端子は、接地端子に接続されている。
上述した入力端子Ｔｉｎ、コンデンサＣ１、リアクトルＬ、ダイオードＤ、ＦＥＴＴｒ、コンデンサＣ２及び出力端子Ｔｏｕｔは、回路基板７に配設されている。

このような構成の昇圧チョッパ回路では、ＦＥＴＴｒが定常的にオフであれば、コンデンサＣ１，Ｃ２は略直流電源１の出力電圧値に充電されている。
制御回路２に制御されて、ＦＥＴＴｒが周期的に（例えば１０ｋＨｚで）オン／オフする際、ＦＥＴＴｒがオンの間は、リアクトルＬ及びＦＥＴＴｒを通じて経路ｂに電流が流れて、リアクトルＬに電気エネルギーが蓄えられる。ＦＥＴＴｒがオフの間は、リアクトルＬ及びダイオードＤを通じて経路ａに電流が流れて、リアクトルＬから電気エネルギーが放出される。リアクトルＬから放出された電気エネルギーは、ダイオードＤを通じてコンデンサＣ２に蓄積される。
ここで、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ２の端子電圧である出力電圧Ｖｏｕｔ、ＦＥＴＴｒの通流率α（＝（オン時間）／（オン時間+オフ時間））とすると、出力電圧は、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１−α）となる。

特許文献１には、出力デバイスと入力デバイスとを結ぶ信号線回路のプリント基板のパターン配線方法が開示されている。信号線回路を並列する２本に分岐された信号配線パターンで構成し、相互に対応して高周波電流を発生させる原因となる信号配線パターンとＧＮＤパターンとの位置関係を、前記２本の信号配線パターンのそれぞれから発生する高周波電流の方向が互いに対向するように配置する。

特開平８−２７４４２７号公報

上述したような昇圧チョッパ回路を使用したＤＣ−ＤＣ変換回路では、ループ回路が回路基板７上に形成されている。その為、そのループ回路に通流する電流が、ＦＥＴＴｒのスイッチングに起因して周期的に変動し、放射電磁界（ノイズ）が発生するという問題がある。
特に、ＦＥＴＴｒ、ダイオードＤ、コンデンサＣ２及び接地端子で構成され、経路ａに流れる電流と経路ｂに流れる電流とが加算される経路ｃでは、電流が周期的に大きく変動し、強い放射電磁界が発生する。
尚、特許文献１に開示されたプリント基板（回路基板）のパターン配線方法は、プリント基板の厚さ方向に形成されたループによる放射電磁界を解消する方法であり、面内に形成されたループによる放射電磁界は解消されない。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、形成されたループ回路に通流する電流に起因する放射電磁界を低減することができる回路基板を提供することを目的とする。
本発明は、また、放射電磁界を低減することができる回路基板を備えたＤＣ−ＤＣ変換回路を提供することを目的とする。

第１発明に係る回路基板は、複数の回路パターン層の間に絶縁層が挟まれて構成され、ループ状の回路パターンを備えた回路基板において、前記ループ状の回路パターンは、前記複数の回路パターン層に亘って８の字形状に形成され、該８の字形状の２つのループに流れる電流が、互いに逆回りになるように形成されていることを特徴とする。

この回路基板では、複数の回路パターン層の間に絶縁層が挟まれて構成され、ループ状の回路パターンを備えている。ループ状の回路パターンは、複数の回路パターン層に亘って８の字形状に形成され、８の字形状の２つのループに流れる電流が、互いに逆回りになるように形成されている。これにより、２つのループに流れる電流によりそれぞれ発生する放射電磁界は、互いに逆向きになるので打消し合い、回路基板からの放射電磁界が低減する。

第２発明に係るＤＣ−ＤＣ変換回路は、複数の回路パターン層の間に絶縁層が挟まれて構成され、ループ状の回路パターンを有する回路基板にスイッチング素子が実装され、前記回路パターンを含み、前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより、前記回路パターンに流れる電流が変動するチョッパ回路を備えるＤＣ−ＤＣ変換回路において、前記回路パターンは、前記複数の回路パターン層に亘って８の字形状に形成され、該８の字形状の２つのループに流れる電流が互いに逆回りになるように形成されていることを特徴とする。

このＤＣ−ＤＣ変換回路では、複数の回路パターン層の間に絶縁層が挟まれて構成され、ループ状の回路パターンを有する回路基板に、チョッパ回路のスイッチング素子が実装されている。チョッパ回路は、前記ループ状の回路パターンを含み、スイッチング素子をスイッチングさせることにより、ループ状の回路パターンに流れる電流が変動する。ループ状の回路パターンは、複数の回路パターン層に亘って８の字形状に形成され、８の字形状の２つのループに流れる電流が互いに逆回りになるように形成されている。これにより、２つのループに流れる電流によりそれぞれ発生する放射電磁界は、互いに逆向きになるので打消し合い、回路基板からの放射電磁界が低減する。

第３発明に係るＤＣ−ＤＣ変換回路は、前記スイッチング素子は、前記ループ状の回路パターンの中途に接続されていることを特徴とする。

本発明に係る回路基板によれば、８の字形状の２つのループ回路に通流する電流が互いに逆回りになるので、これらの電流に起因する放射電磁界が互いに打消し合って、回路基板からの放射電磁界を低減することができる。また、これにより、ループ回路のループ面積を小さくする必要性が緩和され、素子をそれぞれ離隔させて実装することができ、実装する素子の放熱設計が容易な回路基板を実現することができる。

本発明に係るＤＣ−ＤＣ変換回路によれば、放射電磁界を低減することができる回路基板を備えているので、この回路基板に素子をそれぞれ離隔させて実装することができ、実装する素子の放熱設計が容易なＤＣ−ＤＣ変換回路を実現することができる。

本発明に係る回路基板及びＤＣ−ＤＣ変換回路の実施の形態である昇圧チョッパ回路の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す昇圧チョッパ回路の回路パターンを模式的に示す平面図Ａ及び断面図Ｂである。 図１に示す昇圧チョッパ回路の動作を示す説明図である。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る回路基板及びＤＣ−ＤＣ変換回路の実施の形態である昇圧チョッパ回路の概略構成を示すブロック図である。
この昇圧チョッパ回路は、回路基板７に設けられた入力端子Ｔｉｎを通じて、外付けの直流電源１にコンデンサＣ１が並列に接続され、コンデンサＣ１の正極端子は、リアクトルＬの一方の端子に接続されている。リアクトルＬの他方の端子は、ダイオードＤのアノード及びＮチャンネルＦＥＴＴｒのドレインに接続されている。
ＦＥＴＴｒのソースは、接地端子に接続され、ゲートは、外付けの制御回路２によりオン／オフ制御される。

ダイオードＤのカソードは、コンデンサＣ２の正極端子に接続されると共に、回路基板７に設けられた出力端子Ｔｏｕｔを通じて負荷Ｒ１に接続され、コンデンサＣ２の負極端子は、接地端子に接続されている。
上述した入力端子Ｔｉｎ、コンデンサＣ１、リアクトルＬ、ダイオードＤ、ＦＥＴＴｒ、コンデンサＣ２、出力端子Ｔｏｕｔ及び接地端子は、回路基板７に配設されている。

図２は、図１に示す昇圧チョッパ回路の回路パターンを模式的に示す平面図Ａ及び断面図Ｂである。尚、分かり易くする為に、一部の素子の位置をずらせて示してある。
この昇圧チョッパ回路の回路基板７は、板状の絶縁体６の表面に第１層３の、絶縁体６の内部に第２層４の、絶縁体６の裏面に第３層５の回路パターン層がそれぞれ設けられている。第１層３は入力端子Ｔｉｎに、第２層４は接地端子Ｔｇに、第３層５は出力端子Ｔｏｕｔにそれぞれ接続されている。

コンデンサＣ１は、正極端子が第１層３の回路パターンに、負極端子が第１層３のスルーホールを通じて第２層４の回路パターンにそれぞれ接続されている。
リアクトルＬは、第１層３の２つの回路パターン間を接続している。
ＦＥＴＴｒは、ドレインが第１層３の回路パターンに、ソースが第１層３のスルーホールを通じて第２層４の回路パターンにそれぞれ接続されている。
ダイオードＤは、アノードが第１層３の回路パターンに、カソードが第１層３及び第２層４の各スルーホールを通じて、又はカソードが直接、第３層５の回路パターンにそれぞれ接続されている。

コンデンサＣ２は、正極端子が第１層３及び第２層４の各スルーホールを通じて第３層５の回路パターンに、負極端子が第１層３のスルーホールを通じて第２層４の回路パターンにそれぞれ接続されている。
以上から、経路ｃ（図１）において、ＦＥＴＴｒのドレインからダイオードＤのアノード迄は第１層３の回路パターンであり、ダイオードＤのカソードからコンデンサＣ２の正極端子迄は第３層５の回路パターンである。コンデンサＣ２の負極端子からＦＥＴＴｒのソース迄は第２層４の回路パターンである。

ここで、ダイオードＤのカソードからコンデンサＣ２の正極端子迄の第３層５の回路パターンと、コンデンサＣ２の負極端子からＦＥＴＴｒのソース迄の第２層４の回路パターンとは、立体的に交差させてある。
その結果、経路ｃは、図３の矢印に示すように、変形された８の字形状に構成され、８の字の２つのループｃ１，ｃ２に流れる電流は、互いに逆回りに流れることになる。

以下に、このような構成の昇圧チョッパ回路の動作を説明する。
この昇圧チョッパ回路では、ＦＥＴＴｒが定常的にオフであれば、コンデンサＣ１，Ｃ２は略直流電源１の出力電圧値に充電される。
制御回路２に制御されて、ＦＥＴＴｒが周期的に（例えば１０ｋＨｚで）オン／オフする際、ＦＥＴＴｒがオンの間は、リアクトルＬ及びＦＥＴＴｒを通じて経路ｂに電流が流れて、リアクトルＬに電気エネルギーが蓄えられる。

制御回路２に制御されて、ＦＥＴＴｒが周期的にオン／オフする際、ＦＥＴＴｒがオフの間は、リアクトルＬ及びダイオードＤを通じて経路ａに電流が流れて、リアクトルＬから電気エネルギーが放出される。リアクトルＬから放出された電気エネルギーは、ダイオードＤを通じてコンデンサＣ２に蓄積される。
ここで、直流電源１からの入力電圧Ｖｉｎ、コンデンサＣ２の端子電圧である出力電圧Ｖｏｕｔ、ＦＥＴＴｒの通流率α（＝（オン時間）／（オン時間+オフ時間））とすると、出力電圧は、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／（１−α）となる。

経路ｂ及び経路ａに交互に電流が流れることにより、経路ｃでは、流れる電流が周期的に大きく変動し、強い放射電磁界が発生する。
しかし、経路ｃに流れる電流は、図３の矢印に示すように、８の字状に流れ、８の字の２つのループｃ１、ｃ２に流れる電流は、互いに逆回りであり、発生する２つの放射電磁界も、方向が互いに逆であるので、互いに打ち消し合うことになり、回路基板７から発生する放射電磁界は弱くなる。

尚、上述した動作では、経路ｃについて説明しているが、本実施の形態では、経路ａ及び経路ｂについても、経路ｃと同様に、経路の途中で立体的に交差させて８の字形状に構成してあり、８の字の２つのループに流れる電流は、互いに逆回りに流れるようにしてある。従って、経路ａ及び経路ｂについても、経路ｃと同様の作用、効果を奏することができる。
また、本実施の形態では、ＤＣ−ＤＣ変換回路の例として昇圧チョッパ回路について説明したが、図１において、ＦＥＴＴｒをリアクトルＬの位置に、リアクトルＬをダイオードＤの位置に、ダイオードＤをＦＥＴＴｒの位置にそれぞれ配置した降圧チョッパ回路においても、同様のことが可能である。

２ 制御回路
３ 第１層
４ 第２層
５ 第３層
６ 絶縁体（絶縁層）
７ 回路基板
ａ，ｂ，ｃ 経路
ｃ１、ｃ２ ループ
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｄ ダイオード
Ｌ リアクトル
Ｒ１ 負荷
Ｔｇ 接地端子
Ｔｉｎ 入力端子
Ｔｏｕｔ 出力端子
Ｔｒ （Ｎチャンネル）ＦＥＴ

Claims (3)

1. 複数の回路パターン層の間に絶縁層が挟まれて構成され、ループ状の回路パターンを備えた回路基板において、
   前記ループ状の回路パターンは、前記複数の回路パターン層に亘って８の字形状に形成され、該８の字形状の２つのループに流れる電流が、互いに逆回りになるように形成されていることを特徴とする回路基板。
2. 複数の回路パターン層の間に絶縁層が挟まれて構成され、ループ状の回路パターンを有する回路基板にスイッチング素子が実装され、前記回路パターンを含み、前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより、前記回路パターンに流れる電流が変動するチョッパ回路を備えるＤＣ−ＤＣ変換回路において、
   前記回路パターンは、前記複数の回路パターン層に亘って８の字形状に形成され、該８の字形状の２つのループに流れる電流が互いに逆回りになるように形成されていることを特徴とするＤＣ−ＤＣ変換回路。
3. 前記スイッチング素子は、前記ループ状の回路パターンの中途に接続されている請求項２記載のＤＣ−ＤＣ変換回路。

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