JP2014017988A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの漏洩を防ぐとともに小型化しやすいＤＣ−ＤＣコンバータを提供すること。
【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、一次コイル及び二次コイルを備えたトランスと、入力線又は出力線を伝搬して漏洩するノイズを除去するためのフィルタ回路部と、フィルタ回路部を実装する回路基板４と、回路基板４を搭載するベースプレート５とを有する。フィルタ回路部はフィルタコンデンサ３１を備えている。回路基板４を挟んでベースプレート５と反対側には、電磁ノイズを放射するノイズ源部品６が配置されている。フィルタコンデンサ３１は、回路基板４とベースプレート５との間に配置されている。回路基板４は、ノイズ源部品６とフィルタコンデンサ３１との間の領域に、接地パターン４１を形成してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トランスと、フィルタ回路部と、これらを実装する回路基板とを有するＤＣ−ＤＣコンバータに関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータは、通常、入力線又は出力線を伝搬して漏洩するノイズを除去するためのノイズフィルタ（フィルタ回路部）を備えている。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ内で発生したノイズが入力側又は出力側に漏洩して、周辺機器に影響を与えることを抑制している。しかし、ＤＣ−ＤＣコンバータの筐体内における空間を伝搬する放射ノイズが、ノイズフィルタの特性に影響を与えることがある。この場合、ノイズフィルタの正常な機能を妨げ、ＤＣ−ＤＣコンバータの外部へのノイズ漏洩量が増大するおそれがある。
そこで、特許文献１は、ノイズ発生源とノイズフィルタとの間に仕切壁を設け、該仕切壁によって放射ノイズを遮蔽する構成を提案している。

特開２００１−４４６８５号公報

しかしながら、筐体内に仕切壁を設けるということは、その分、筐体内のスペースを有効に利用することが困難となり、デッドスペースが生じやすい。また、このデッドスペースを極力小さくするためには、特許文献１に開示されているように筐体内の隅部分にノイズフィルタを配置するなど、その配置に制約が生じることとなり、筐体内における構成部品のレイアウトの自由度が小さくなる。

また、チョークコイルとフィルタコンデンサとを備えたフィルタ回路部を設けた場合、チョークコイルから発生した放射ノイズがフィルタコンデンサに影響すると、フィルタ特性を低下させるおそれがある。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータからのノイズの漏洩を防ぐことが困難となるおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、ノイズの漏洩を防ぐとともに小型化しやすいＤＣ−ＤＣコンバータを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、一次コイル及び二次コイルを備えたトランスと、
入力線又は出力線を伝搬して漏洩するノイズを除去するためのフィルタ回路部と、
該フィルタ回路部を実装する回路基板と、
該回路基板を搭載するベースプレートとを有し、
上記フィルタ回路部はフィルタコンデンサを備えており、
上記回路基板を挟んで上記ベースプレートと反対側には、電磁ノイズを放射するノイズ源部品が配置されており、
上記フィルタコンデンサは、上記回路基板と上記ベースプレートとの間に配置されており、
上記回路基板は、上記ノイズ源部品と上記フィルタコンデンサとの間の領域に、接地パターンを形成してなることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータにある（請求項１）。

上記ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、上記回路基板を挟んで上記ベースプレートと反対側に上記ノイズ源部品が配置されており、上記フィルタコンデンサは、上記回路基板と上記ベースプレートとの間に配置されている。すなわち、フィルタコンデンサは、ノイズ源部品に対して上記回路基板を挟んで反対側に配置されている。そして、上記回路基板は、上記ノイズ源部品と上記フィルタコンデンサとの間の領域に、接地パターンを形成してなる。これにより、ノイズ源部品から放射されてフィルタコンデンサへ向かう電磁ノイズを、接地パターンによって遮蔽することができる。これにより、フィルタコンデンサのフィルタ特性の低下を防いで、ＤＣ−ＤＣコンバータからのノイズの漏洩を防ぐことができる。

そして、ノイズ源部品とフィルタコンデンサとの間の遮蔽手段として、回路基板に形成された接地パターンを用いているため、ＤＣ−ＤＣコンバータ内に新たな構造物を設ける必要がない。それゆえ、上記遮蔽手段によってＤＣ−ＤＣコンバータ内にデッドスペースが形成されることを防ぐことができる。
また、フィルタコンデンサは、回路基板とベースプレートとの間に配置されている。すなわち、元々デッドスペースとなりやすい回路基板とベースプレートとの間の空間を、フィルタコンデンサの配置によって有効利用することができる。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータの小型化を図りやすくなる。

以上のごとく、本発明によれば、ノイズの漏洩を防ぐとともに小型化しやすいＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。

実施例１における、ＤＣ−ＤＣコンバータの一部の断面説明図。 実施例１における、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路図。 実施例１における、回路基板の法線方向から見たＤＣ−ＤＣコンバータの一部の説明図。 実施例１における、入力側及び出力側のフィルタコンデンサと回路基板との位置関係を示す説明図。 実施例２における、ＤＣ−ＤＣコンバータの一部の断面説明図。

上記フィルタ回路部は、上記トランスにおける上記一次コイル側に設けられていてもよいし、上記二次コイル側に設けられていてもよいし、上記一次コイル側及び上記二次コイル側の双方に設けられていてもよい。
そして、フィルタ回路部が一次コイル側及び二次コイル側の双方に設けられている場合において、その少なくとも一方に含まれるフィルタコンデンサが、上述の配置となっていればよい。ただし、この場合において、双方のフィルタ回路部にそれぞれ含まれるフィルタコンデンサのいずれもが上述の配置となっていることが、より好ましい。

上記接地パターンは、上記ノイズ源部品と上記フィルタコンデンサとの間の領域の少なくとも一部に設けられていればよいが、当該領域の全体に設けられていることが好ましい。更に好ましくは、当該領域全体を含むより大きい領域に上記接地パターンを形成することもできる。
また、上記接地パターンは、上記回路基板における上記ベースプレート側の面に形成されていても、その反対側の面に形成されていても、多層基板の中間層として形成されていてもよい。

また、上記ベースプレートは金属製であることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記フィルタコンデンサを、上記回路基板の接地パターンと上記ベースプレートとによって、両側から電磁的に遮蔽することができる。これにより、回路基板側と反対側から外部のノイズがフィルタコンデンサに影響することをも防ぐことができる。また、回路基板とベースプレートとの間に配置されたフィルタコンデンサは、ベースプレートに近付けることもできる。この場合、ベースプレートが金属製であることにより、フィルタコンデンサから放射磁界が生じたとき、近接したベースプレートにこの磁界を打ち消す渦電流が発生することとなる。その結果、フィルタ回路部のフィルタ特性を向上させることができる。

また、上記フィルタコンデンサは、その主面を上記ベースプレートに接触させていることが好ましい（請求項３）。この場合には、フィルタコンデンサから生じる放射磁界を打ち消す効果を高めることができる。また、フィルタコンデンサの放熱性を向上させることができる。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータの定格電流を大きくすることも可能となる。

また、上記フィルタ回路部は、上記フィルタコンデンサの他にチョークコイルを備えており、該チョークコイルが上記ノイズ源部品であることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記チョークコイルから放射される電磁ノイズが、上記フィルタコンデンサに影響することを防ぐことができる。これにより、効果的にノイズの漏洩を防ぐことができる。

（実施例１）
上記ＤＣ−ＤＣコンバータの実施例につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例のＤＣ−ＤＣコンバータ１は、図１、図２に示すごとく、一次コイル２１及び二次コイル２２を備えたトランス２と、入力線１１を伝搬して漏洩するノイズを除去するフィルタ回路部３と、フィルタ回路部３を実装する回路基板４と、回路基板４を搭載するベースプレート５とを有する。
図２に示すごとく、フィルタ回路部３はフィルタコンデンサ３１を備えている。

図１に示すごとく、回路基板４を挟んでベースプレート５と反対側には、電磁ノイズを放射するノイズ源部品６が配置されている。また、フィルタコンデンサ３１は、回路基板４とベースプレート５との間に配置されている。そして、回路基板４は、ノイズ源部品６とフィルタコンデンサ３１との間の領域に、接地パターン４１を形成してなる。

ベースプレート５は金属製であり、例えばアルミニウムによって構成されている。また、ベースプレート５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の構成部品を収容するケースの一部を構成している。すなわち、例えば、アルミニウム製のケースの底板部として、上記ベースプレート５が構成されている。そして、ベースプレート５に対して、図示しないボス等の固定部において、回路基板４が固定されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、図２に示すごとく、入力側電源７１に接続される入力線１１に、上記フィルタ回路部３を設けており、フィルタ回路部３とトランス２との間に、スイッチング回路部１３が設けられている。スイッチング回路部１３は、複数のスイッチング素子からなり、該複数のスイッチング素子のスイッチングによって、入力された直流電力を交流に変換するよう構成されている。スイッチング素子としては、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等を用いることができる。
なお、フィルタ回路部３は、フィルタコンデンサ３１の他にチョークコイル３２を備えている。このチョークコイル３２は、コモンモードチョークコイルである。そして、本例においては、このチョークコイル３２がノイズ源部品６である。

スイッチング回路部１３によって交流に変換された一次電圧は、トランス２において変圧される。トランス２における二次コイル２２側には、ダイオード１４１からなる整流回路部１４が設けられている。整流回路部１４は、トランス２によって変圧された二次電圧を整流し、直流電圧として出力側電源７２に出力するよう構成されている。また、整流回路部１４と出力側電源７２との間には、出力側のフィルタ回路部３０が設けられている。このフィルタ回路部３０は、二次電圧を平滑化し、平滑な二次電圧が出力線１２を介して出力側電源７２に出力されるよう構成されている。出力側のフィルタ回路部３０は、フィルタコンデンサ３０１とチョークコイル３０２とを備えている。
また、スイッチング回路部１３のスイッチング素子は、駆動回路によってスイッチング駆動される。この駆動回路が、上記回路基板４に設けられている。

本例のＤＣ−ＤＣコンバータ１は、入力側電源７１の電圧を降圧して、出力側電源７２へ出力するよう構成されている。そして、上記ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載され、入力側電源７１としての駆動用バッテリーの電圧を降圧して、出力側電源７２としての補機用バッテリーを充電できるよう構成することができる。

上述したＤＣ−ＤＣコンバータ１の構成部品は、ベースプレート５を底部として備えたケース内に収容されている。また、図１に示すごとく、回路基板４は、ベースプレート５に対して対向配置されており、入力側のフィルタ回路部３を構成するフィルタコンデンサ３１が、ベースプレート５と回路基板４との間のスペースに配置されている。フィルタコンデンサ３１は、略直方体形状を有し、その最も面積の広い面である一対の主面３１１のうちの一方をベースプレート５に接触させた状態で、ベースプレート５に搭載されている。ここで、ベースプレート５に接触させるとは、熱的に接触させている場合も含み、本例においては、熱伝導性を有する接着剤５１を介在させて、フィルタコンデンサ３１の主面３１１とベースプレート５とが密着している。

また、フィルタコンデンサ３１は、一対の端子３１２を回路基板４に接続している。端子３１２の形状については、種々の形状が考えられるが、本例においては、図１に示すごとく、フィルタコンデンサ３１における主面３１１と直交する端面３１３から主面３１１に略平行に突出すると共に、回路基板４側へ屈曲して立ち上がる形状を有する。そして、端子３１２におけるこの立上り部分を、回路基板４に設けられたスルーホールに挿通し、半田３１４によって、回路基板４上の配線パターンに接続されている。

回路基板４に設けられた接地パターン４１は、ノイズ源部品６であるチョークコイル３２とフィルタコンデンサ３１との間の領域に形成されている。本例においては、回路基板４におけるフィルタコンデンサ３１に対向する側の面に設けられており、図３に示すごとく、回路基板４の法線方向から見たとき、フィルタコンデンサ３１の全体を覆う状態で形成されている。また、回路基板４の法線方向から見たとき、チョークコイル３２は、接地パターン４１の形成領域内に配置されている。

接地パターン４１は、回路基板４上に二次元的に広がって形成されている。また、接地パターン４１は、所定領域の全面に導体を形成した所謂ベタバターンとすることもできるし、ノイズの遮蔽が可能な範囲で、例えばメッシュパターン等とすることもできる。

また、図４に示すごとく、出力側のフィルタ回路部３０を構成するフィルタコンデンサ３０１も、回路基板４とベースプレート５との間に配置されている。また、出力側のフィルタコンデンサ３０１も、ベースプレート５に接触した状態で固定されている。また、回路基板４には、その法線方向から見たときに出力側のフィルタコンデンサ３０１を覆う位置にも、接地パターン４０１が、入力側のフィルタコンデンサ３１を覆う接地パターン４１と同様に形成されている。接地パターン４０１は、接地パターン４１と一体化されていてもよい。

回路基板４には、例えば出力電圧等の情報をフィードバックして駆動回路を制御する制御回路も形成されている。
なお、図４においては、チョークコイル３２等のノイズ源部品６を含む種々の部品の記載を適宜省略し、ベースプレート５と回路基板４と、フィルタコンデンサ３１、３０１との位置関係のみを表現した模式図である。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記ＤＣ−ＤＣコンバータ１において、回路基板４を挟んでベースプレート５と反対側にノイズ源部品６であるチョークコイル３２が配置されており、フィルタコンデンサ３１は、回路基板４とベースプレート５との間に配置されている。すなわち、フィルタコンデンサ３１は、ノイズ源部品６に対して回路基板４を挟んで反対側に配置されている。そして、回路基板４は、ノイズ源部品６とフィルタコンデンサ３１との間の領域に、接地パターン４１を形成してなる。これにより、ノイズ源部品６から放射されてフィルタコンデンサ３１へ向かう電磁ノイズを、接地パターン４１によって遮蔽することができる。これにより、フィルタコンデンサ３１のフィルタ特性の低下を防いで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１からのノイズの漏洩を防ぐことができる。

そして、ノイズ源部品６とフィルタコンデンサ３１との間の遮蔽手段として、回路基板４に形成された接地パターン４１を用いているため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１内に新たな構造物を設ける必要がない。それゆえ、上記遮蔽手段によってＤＣ−ＤＣコンバータ１内にデッドスペースが形成されることを防ぐことができる。
また、フィルタコンデンサ３１は、回路基板４とベースプレート５との間に配置されている。すなわち、元々デッドスペースとなりやすい回路基板４とベースプレート５との間の空間を、フィルタコンデンサ３１の配置によって有効利用することができる。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の小型化を図りやすくなる。

また、ベースプレート５は金属製であるため、フィルタコンデンサ３１を、回路基板４の接地パターン４１とベースプレート５とによって、両側から電磁的に遮蔽することができる。これにより、回路基板４側と反対側から外部のノイズがフィルタコンデンサ３１に影響することをも防ぐことができる。また、回路基板４とベースプレート５との間に配置されたフィルタコンデンサ３１は、ベースプレート５に近付けることもできる。この場合、ベースプレート５が金属製であることにより、フィルタコンデンサ３１から放射磁界が生じたとき、近接したベースプレート５にこの磁界を打ち消す渦電流が発生することとなる。その結果、フィルタ回路部３のフィルタ特性を向上させることができる。

また、フィルタコンデンサ３１は、その主面３１１をベースプレート５に接触させている。これにより、フィルタコンデンサ３１から生じる放射磁界を打ち消す効果を高めることができる。また、フィルタコンデンサ３１の放熱性を向上させることができる。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の定格電流を大きくすることも可能となる。

また、フィルタ回路部３は、フィルタコンデンサ３１の他にチョークコイル３２を備えており、本例においては、チョークコイル３２がノイズ源部品６となっている。すなわち、本例においては、チョークコイル３２から放射される電磁ノイズがフィルタコンデンサ３１に影響することを防ぐことができる。これにより、効果的にノイズの漏洩を防ぐことができる。

また、本例においては、出力側のフィルタ回路部３０を構成するフィルタコンデンサ３０１も、回路基板４とベースプレート５との間に配置されている。これにより、フィルタコンデンサ３０１に対する回路基板４側とベースプレート５側との双方からのノイズを遮蔽することができ、出力側のフィルタ回路部３０のフィルタ特性を向上することもできる。また、回路基板４とベースプレート５との間のスペースをも有効利用できるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１の一層の小型化を図ることができる。

以上のごとく、本例によれば、ノイズの漏洩を防ぐとともに小型化しやすいＤＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、ノイズ源部品６としてのスイッチング回路部１３を、回路基板４を挟んでベースプレート５と反対側に配置した例である。
すなわち、実施例１において説明したスイッチング回路部１３（図２参照）を、回路基板４におけるベースプレート５と反対側の面に配置している。これにより、回路基板４とベースプレート５との間に配置されたフィルタコンデンサ３１と、スイッチング回路部１３とが、回路基板４を挟んで反対側に配置されることとなる。そして、回路基板４に形成した接地パターン４１が、ノイズ源部品６としてのスイッチング回路部１３と、フィルタコンデンサ３１との間に形成されている。

接地パターン４１は、回路基板４の法線方向から見たとき、フィルタコンデンサ３１の全体を覆う状態で形成されている。また、回路基板４の法線方向から見たとき、スイッチング回路部１３は、接地パターン４１の形成領域内に配置されている。
その他は、実施例１と同様である。なお、本例に関する図面において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例の場合には、スイッチング回路部１３から放射される電磁ノイズがフィルタコンデンサ３１に影響を与えることを防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、実施例１と実施例２とを合わせた構成、すなわち、チョークコイル３２とスイッチング回路部１３との双方を、ノイズ源部品６として、接地パターン４１を介してフィルタコンデンサ３１と反対側に配された構成とすることもできる。また、チョークコイル３２とスイッチング回路部１３とのいずれか一方が、ノイズ源部品６として、接地パターン４１を介してフィルタコンデンサ３１の反対側に配された構成とすることもできる。

また、ノイズ源部品６としては、チョークコイル３２、スイッチング回路部１３以外の部品も考えられる。すなわち、チョークコイル３２、スイッチング回路部１３以外の部品を、ノイズ源部品６として、接地パターン４１、４０１を介してフィルタコンデンサ３１、３０１と反対側に配された構成とすることもできる。
なお、ノイズ源部品６としては、チョークコイル３２、スイッチング回路部１３の他に、例えば、トランス、整流ダイオード等が考えられる。

また、上記ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、実際には、電磁ノイズを放射する部品が複数個存在することが多いが、その中の少なくとも一つのノイズ源部品が、フィルタコンデンサに対して上述した所定の位置関係にあれば、ノイズ抑制効果を発揮し得る。

１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１ 入力線
１２ 出力線
２ トランス
２１ 一次コイル
２２ 二次コイル
３ （入力側の）フィルタ回路部
３０ （出力側の）フィルタ回路部
３０１ （出力側の）フィルタコンデンサ
３０２ （出力側の）チョークコイル
３１ （入力側の）フィルタコンデンサ
３２ （入力側の）チョークコイル
４ 回路基板
４１、４０１ 接地パターン
５ ベースプレート
６ ノイズ源部品

Claims (4)

1. 一次コイル（２１）及び二次コイル（２２）を備えたトランス（２）と、
   入力線（１１）又は出力線（１２）を伝搬して漏洩するノイズを除去するフィルタ回路部（３）と、
   該フィルタ回路部（３）を実装する回路基板（４）と、
   該回路基板（４）を搭載するベースプレート（５）とを有し、
   上記フィルタ回路部（３）はフィルタコンデンサ（３１）を備えており、
   上記回路基板（４）を挟んで上記ベースプレート（５）と反対側には、電磁ノイズを放射するノイズ源部品（６）が配置されており、
   上記フィルタコンデンサ（３１）は、上記回路基板（４）と上記ベースプレート（５）との間に配置されており、
   上記回路基板（４）は、上記ノイズ源部品（６）と上記フィルタコンデンサ（３１）との間の領域に、接地パターン（４１）を形成してなることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ（１）。
2. 請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ（１）において、上記ベースプレート（５）は金属製であることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ（１）。
3. 請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ（１）において、上記フィルタコンデンサ（３１）は、その主面（３１１）を上記ベースプレート（５）に接触させていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ（１）。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ（１）において、上記フィルタ回路部（３）は、上記フィルタコンデンサ（３１）の他にチョークコイル（３２）を備えており、該チョークコイル（３２）が上記ノイズ源部品（６）であることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ（１）。

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