JP2013138562A - ノイズ低減回路 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波の電磁ノイズを有効に抑制できるノイズ低減回路を提供する。
【解決手段】ケース２６と、ケース２６内において電源回路２００の正側の配線と負側の配線との間に接続され、互いに直列に接続されたコンデンサＣｐ，Ｃｎと、正側の配線とコンデンサＣｐとの接続点と出力端子Ｔｏｕｔとの間に接続されたインダクタンスＬｐと、負側の配線とコンデンサＣｎとの接続点とケース２６への接地点Ｘとの間に接続されたインダクタンスＬｎと、を備え、コンデンサＣｐとコンデンサＣｎとの接続点Ａがケース２６に接地され、出力端子Ｔｏｕｔと接地点Ｘとの間がコンデンサＣｂを介して接続され、コンデンサＣｐ，Ｃｎ、インダクタＬｐ，Ｌｎによってブリッジ回路を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源等のノイズ低減回路に関するものであり、特に、車載用電源のノイズ低減回路に関する。

近年、より安全、安心、快適な自動車の実現を目指して、自動車への電気機器の搭載が進められている。特に、ハイブリッド自動車や電気自動車では電気機器による制御が重要となっている。

このような自動車用電子機器からは電磁ノイズが放射される。そこで、ノイズの伝搬経路に対応して、空間伝搬に対しては電磁シールドを用い、導体伝搬に対してはＥＭＩ（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）フィルタが用いられる。

例えば、車載用電源回路１００には、図８に示すように、トランス１０と出力端子Ｔｏｕｔとの間にＥＭＩフィルタ１２が設けられる（非特許文献１，２参照）。

「自動車のＥＭＣ対策」、トリケップス、山本秀俊著 『第７章 車載電子機器用ＥＭＣ対策部品』、２００８年 馬淵雄一著 『ワイヤハーネスが接続された電子機器の電源系コモンモード電流発生メカニズム及び低減手法の検討』 電子情報通信学会論文誌Ｃ, Vol. J89-C, No.11, pp.854-865 (2006)

ところで、トランス１０の２次側の中点Ｍは電源回路１００の導体ケース１４及び車両ボディ１６に接地されているが、これらの基準電位と出力端子Ｔｏｕｔとの間には高周波的に電位差があり、負荷１０２を介して高周波電流が流れる。すなわち、従来のフィルタでは、電源回路１００の外部に流れ出てノイズの原因となる高周波電流を十分に低減できない。

本発明の１つの態様は、電源回路を収納する導電性のケースと、前記ケース内において前記電源回路の正側の配線と負側の配線との間に接続され、互いに直列に接続された第１のコンデンサＣｐ及び第２のコンデンサＣｎと、前記正側の配線と前記第１のコンデンサとの接続点と前記電源回路の出力端子との間に接続された第１のインダクタンスＬｐと、前記負側の配線と前記第２のコンデンサとの接続点と前記ケースへの接地点との間に接続された第２のインダクタンスＬｎと、を備え、前記第１のコンデンサＣｐと前記第２のコンデンサＣｎとの接続点が前記ケースに接地され、前記出力端子と前記接地点との間が第３のコンデンサＣｂを介して接続され、前記第１のコンデンサＣｐ、前記第２のコンデンサＣｎ、前記第１のインダクタＬｐ及び前記第２のインダクタＬｎによってブリッジ回路が構成され、概略ＬｐＣｐ＝ＬｎＣｎの関係が成り立っていることを特徴とするノイズ低減回路である。

ここで、前記接地点は、前記出力端子の近傍のみに設けられていることが好適である。

また、前記ノイズ低減回路は、前記第１のインダクタＬｐ及び第２のインダクタＬｎは、０．１μＨ以上２０μＨ以下であり、前記第１のコンデンサＣｐ及び第２のコンデンサＣｎは、１ｎＦ以上１０ｎＦ以下であることが好適である。

また、前記正側の配線及び前記負側の配線が二次側巻線に接続されたトランスを備え、前記トランスの一次側巻線には５０ｋＨｚ以上３００ｋＨｚ以下の周波数の交流電圧が印加されることが好適である。

このようなノイズ低減回路は、降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを含み、車両に搭載される車載用電源回路等に適用することができる。

本発明によれば、高周波の電磁ノイズを有効に抑制できる電源のノイズ低減回路を実現することができる。

本発明の実施の形態における電源回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態におけるノイズ低減回路の等価回路を示す図である。 本発明の実施の形態におけるノイズ低減効果を示す図である。 従来の電源回路における接地方法を説明する図である。 本発明の実施の形態における電源回路の接地方法を説明する図である。 本発明の実施の形態における電源回路の接地方法の具体例を示す図である。 本発明の実施の形態における電源回路の接地方法を具体例を示す図である。 従来の電源回路の構成を示す図である。

本発明の実施の形態における電源回路２００は、図１に示すように、トランス２０、整流ダイオード２２ａ，２２ｂ、フィルタ回路２４及びケース２６を含んで構成される。電源回路２００は、車両に搭載され、車両内外の負荷２０２に電力を供給するために用いられる。

なお、本実施の形態では、電源回路２００として絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータの例を示すが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。

トランス２０の１次側には、半導体スイッチ（例えば、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ等：図示しない）が接続されており、これらの半導体スイッチによって構成されるインバータ回路によってトランス２０に交流電圧が印加される。トランス２０の２次側には、整流ダイオード２２ａ，２２ｂからなる整流回路及びフィルタ回路２４が接続される。これらの回路によって、トランス２０の２次側に現われる交流電圧を整流して直流電圧に変換して出力端子Ｔｏｕｔから出力する。

図１において、Ａ点とＢ点とを高周波的に実質的に同電位とすることによって、Ａ点から車両ボディ２０４を介してＢ点へ流れる高周波電流を抑制することができる。Ｂ点は電源回路２００の出力端子Ｔｏｕｔに直接接続されており、車両の至る所に配置された電子部品に接続される。したがって、高周波ノイズの放射の原因となるループ電流を低減することができる。

なお、実質的に同電位とは、電源回路２００から発生する高周波ノイズが他の電子機器に悪影響を及ぼさない状態となる程度の電位差の範囲内であることを意味する。車両搭載の電源回路２００では、電位差は、３０μＶ以下、好ましくは３μＶ以下とすることが好適である。

フィルタ回路２４は、出力に対するローパスフィルタとしての役割を果たすと共に、出力線のインピーダンスバランスを取ることによって、部品点数を増加させることなくノイズを低減する。

フィルタ回路２４は、等価的に図２に示すブリッジ回路として表すことができる。図２における電圧源Ｖｄは、ノイズ源であり、図１における整流ダイオード２２ａ，２２ｂ等に相当する。具体的には、整流ダイオード２２ａ，２２ｂのスイッチング時に瞬間的に流れる逆回復電流によってＶｄ内部の寄生インダクタンスに発生する逆起電力が電圧源Ｖｄとなる。

以下、Ａ点とＢ点とを同電位とする方法について示す。

フィルタ回路２４によって、出力の正側の配線はそのまま外部回路（外部負荷２０２）に接続され、負側の配線は出力端子Ｔｏｕｔにできるだけ近い位置で導電性のケース２６に接続される。出力端子Ｔｏｕｔ付近で正側の配線と負側の配線との間にコンデンサＣｂを挿入し、出力端子Ｔｏｕｔ付近において２つの配線を高周波的に短絡させる。このコンデンサＣｂは、配線間を高周波的に短絡すると共に、整流回路の出力のリプルを低減させる役割も果たす。そこで、コンデンサＣｂは、良好な周波数特性とリプル低減に十分な静電容量とすることが好適である。例えば、コンデンサＣｂとして、チップコンデンサとフィルムコンデンサ等の異なる特性を有する２種類のコンデンサを組み合わせて用いてもよい。

ここで、図２の等価回路からＢ点の電位は数式（１）として表される。

したがって、Ａ点とＢ点とを実質的に同電位とするには数式（２）の関係が成り立てばよい。

数式（２）には、周波数の項（ｊω）が含まれていないことから、図２のブリッジ等価回路が理想的に構成されれば、電圧値には周波数依存はない。しかし、インダクタＬｐ，Ｌｎに寄生のキャパシタが存在したり、コンデンサＣｐ，Ｃｎに寄生のインダクタが存在したりすると、Ｂ点の電位に周波数依存性が生じ、所望の周波数帯域において十分なノイズ低減効果が得られなくなるおそれがある。

例えば、ハイブリッド車両に搭載される降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの基本動作周波数（キャリア周波数）は、５０ｋＨｚから３００ｋＨｚ程度である。この周波数帯域において、出力信号のリプルを低減し、ＡＭラジオ帯及びＦＭラジオ帯のノイズを低減するために適切なインダクタＬｐ，Ｌｃは０．１μＨ以上２０μＨ以下であり、コンデンサＣｐ，Ｃｎは１ｎＦ以上１０ｎＦ以下である。

図３は、本実施の形態における電源回路２００において、ブリッジ等価回路のバランス状態とインバランス状態とにおいて電位差Ｖｃｐｎを測定した結果を示す。図３から明らかなように、ブリッジ等価回路をバランスさせることによって、６０ＭＨｚから１２０ＭＨｚまでの周波数帯域において電位差Ｖｃｐｎが低減できた。

また、従来技術では、図４に示すように、出力の負側の配線から導電性のケース２６に対して複数の接地点ＧＮＤを設ける構成が採用されていた。これに対して、本実施の形態における電源回路２００では、ノイズ低減の効果を顕著とするために出力の負側の配線はケース２６の電位と一致させることが好ましく、図５に示すように、負側の配線２８とケース２６との接地は接地点Ｘの一箇所で行うことが好適である。また、出力端子Ｔｏｕｔの近傍において負側の配線２８とケース２６と短絡させることが好適である。負側の配線２８は、ＦＭラジオ帯においてもインピーダンスが十分に低い値（１Ω以下）となるように１ｎＨ以下の寄生インダクタンス値となるよう配置するのが好ましい。

具体的には、図６（ａ）に示すように、ケース２６を蓋２６ａと本体２６ｂとに分け、電源回路２００の基板３０の負側の配線２８とケース２６の本体２６ｂとを導電性の負側プレート３２で接続する。さらに、負側プレート３２の少なくとも一部を覆うように、基板３０の正側の配線３４から導電性の正側プレート３６を引き出して出力端子Ｔｏｕｔとする。このとき、図６（ｂ）に示すように、ケース２６の本体２６ｂには、負側プレート３２をネジ等で固定するための固定部（ネジ穴）３８を設ける。

また、図７（ａ）に示すように、電源回路２００の基板３０の負側の配線２８とケース２６の本体２６ｂとを導電性の負側プレート３２で接続し、さらに、導電性のカバープレート４０で正側プレート３６を覆う構成としてもよい。このとき、図７（ｂ）に示すように、ケース２６の本体２６ｂには、負側プレート３２をネジ等で固定するための固定部（ネジ穴）３８を２箇所設けた構成としてもよい。

以上のように、本実施の形態における電源回路によれば、コンデンサ及びインダクタのブリッジからなるバランス回路によって、整流ダイオードの突入電流（逆回復電流等）に起因するノイズ電圧が出力端子に誘起されることを防ぐことができる。また、出力端子が高周波的にケースと同電位となることで、出力端子と負荷とを接続する配線における高周波電流を抑制することができる。また、負荷と電源回路との間の車両のボディに流れる高周波電流も抑制することができる。

１０ トランス、１２ フィルタ、１４ 導体ケース、１６ 車両ボディ、２０ トランス、２２ａ，２２ｂ 整流ダイオード、２４ フィルタ回路、２６ ケース、１００，２００ 電源回路、１０２，２０２ 負荷、２０４ 車両ボディ。

Claims (5)

1. 電源回路を収納する導電性のケースと、
   前記ケース内において前記電源回路の正側の配線と負側の配線との間に接続され、互いに直列に接続された第１のコンデンサＣｐ及び第２のコンデンサＣｎと、
   前記正側の配線と前記第１のコンデンサとの接続点と前記電源回路の出力端子との間に接続された第１のインダクタンスＬｐと、
   前記負側の配線と前記第２のコンデンサとの接続点と前記ケースへの接地点との間に接続された第２のインダクタンスＬｎと、
   を備え、
   前記第１のコンデンサＣｐと前記第２のコンデンサＣｎとの接続点が前記ケースに接地され、
   前記出力端子と前記接地点との間が第３のコンデンサＣｂを介して接続され、
   前記第１のコンデンサＣｐ、前記第２のコンデンサＣｎ、前記第１のインダクタＬｐ及び前記第２のインダクタＬｎによってブリッジ回路が構成され、概略ＬｐＣｐ＝ＬｎＣｎの関係が成り立っていることを特徴とするノイズ低減回路。
2. 請求項１に記載のノイズ低減回路であって、
   前記接地点は、前記出力端子の近傍のみに設けられていることを特徴とするノイズ低減回路。
3. 請求項１又は２に記載のノイズ低減回路であって、
   前記第１のインダクタＬｐ及び第２のインダクタＬｎは、０．１μＨ以上２０μＨ以下であり、
   前記第１のコンデンサＣｐ及び第２のコンデンサＣｎは、１ｎＦ以上１０ｎＦ以下であることを特徴とするノイズ低減回路。
4. 請求項３に記載のノイズ低減回路であって、
   前記正側の配線及び前記負側の配線が二次側巻線に接続されたトランスを備え、
   前記トランスの一次側巻線には５０ｋＨｚ以上３００ｋＨｚ以下の周波数の交流電圧が印加されることを特徴とするノイズ低減回路。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のノイズ低減回路であって、
   降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを含み、車両に搭載されることを特徴とするノイズ低減回路。

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