JP2016062933A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路基板上の配線パターンを適切に構成・配置することによって、放熱性をより改善するとともに特に高い周波数のノイズの影響を低減することができる電子制御装置を提供する。【解決手段】 筐体１に収容される回路基板２にＣＰＵ２１，駆動回路２４などが配置され、回路基板２の周縁部にノイズの影響を低減するためのグランドに対応する第１配線パターン１１が設けられ、その内側に比較的大きな電流が流れるグランドに対応する第２配線パターン１２が設けられる。第１配線パターン１１及び第２配線パターン１２は、それぞれ第１突出部１１ａ及び第２突出部１２ａを有し、突出部１１ａ，１２ａが比較的小さい一定間隔Ｄを隔てて交互に対向するように配置される。突出部１１ａ，１２ａはヒートシンクとして機能するとともに、高周波ノイズの影響を低減する。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品が搭載され、金属箔の配線パターンによって電子部品を接続する回路基板を用いて制御対象を制御する電子制御装置に関する。

特許文献１には、金属箔の配線パターンによって電子部品を接続する回路基板を用いて制御対象を制御する電子制御装置が示されている。この装置では、比較的大きな電流が流れるグランドに対応する配線パターンを、制御回路を収容する筐体に接続することによって、制御回路で発生する熱の放熱性を改善することが示されている。さらに、比較的小さな電流が流れるグランドに対応する配線パターンを、電気（電圧）的に上流側に配置することによって、制御対象である電磁弁などのアクチュエータに供給される大電流の変動に起因するノイズが、制御回路側に与える影響を低減する構成が示されている。

特許第５５０６６４１号公報

上述した特許文献１に示された構成を採用することにより、放熱性を改善し、かつノイズの影響を低減できるが、さらに改善する余地が残されていた。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、回路基板上の配線パターンを適切に構成・配置することによって、放熱性をより改善するとともに特に高い周波数のノイズの影響を低減することができる電子制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、制御回路を構成する複数の電子部品が搭載され、金属箔の配線パターンによって前記電子部品が接続されている回路基板（２）を用いて制御対象（５）を制御する電子制御装置において、前記制御回路を収容する筐体（１）を備え、前記回路基板（２）上には、前記筐体（１）に接続され、前記制御回路へのノイズの影響を低減するためのグランドに対応する第１配線パターン（１１）と、前記筐体に接続され、比較的大きな電流が流れるグランドに対応する第２配線パターン（１２）とが形成され、前記第１配線パターン及び第２配線パターンは、それぞれ第１突出部（１１ａ）及び第２突出部（１２ａ）を有し、前記第１及び第２突出部が比較的小さい一定間隔（Ｄ）を隔てて交互に対向するように配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１配線パターン及び第２配線パターンは、それぞれ第１突出部及び第２突出部を有し、第１及び第２突出部が比較的小さい一定間隔を隔てて交互に対向するように配置されるので、第１及び第２配線パターンの間隙を最小限として、配線パターンの面積を最大限に確保できる。突出部には電流がほとんど流れないため、突出部はヒートシンク（放熱器）として機能し、さらに第１及び第２配線パターンがともに筐体に接続されるので、ヒートシンクとして機能する部品を新たに追加することなく、放熱効果を高めることができる。また第１及び第２突出部は、比較的小さい一定間隔を隔てて対向しているため、両者の間の浮遊容量が比較的大きくなり、高周波ノイズについては両者の間のインピーダンスが低くなり、高周波ノイズの影響をより低減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子制御装置において、前記第１及び第２配線パターン（１１，１２）は、前記筐体（１）によって挟み込むことによって前記筐体と接続されることを特徴とする。
この構成によれば、ハンダ付けなどを用いることなく、筐体と配線パターンとの導通が確保されるため、製造時の作業工数の低減効果及びコスト低減効果が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電子制御装置において、前記第１配線パターン（１１）は、前記回路基板（２）の周縁部に形成され、前記第２配線パターン（１２）は、前記第１配線パターン（１１）の内側に配置され、前記電子部品は前記第２配線パターン（１２）の内側に配置されており、前記制御回路のグランドに対応する第３配線パターン（１３）は、所定箇所（Ｐ１）で前記第２配線パターン（１２）と接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、制御回路のグランドに対応する第３配線パターンは、比較的大きな電流が流れる第２配線パターンと所定箇所で接続されるので、アクチュエータなどに供給される大電流の変動に起因するノイズが、制御回路側に与える影響を低減することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電子制御装置において、前記制御対象の状態を検出するためのセンサ（４）を備え、前記センサのグランド線（４１）は、前記センサの出力信号を増幅する増幅回路（２２）のグランドが前記第３配線パターン（１３）に接続されている箇所（Ｐ２）の近傍に接続されることを特徴とする。

この構成によれば、センサのグランド線は、センサの出力信号を増幅する増幅回路のグランドが第３配線パターンに接続されている箇所の近傍に接続される。センサの出力信号は比較的微弱であるため、ノイズの影響を受けやすい。したがって、センサのグランド線を増幅回路のグランドが第３配線パターンに接続されている箇所の近傍に接続することによって、増幅回路出力に対する、第３配線パターンに流れるノイズ電流の影響を低減することができる。

本発明の一実施形態にかかる電子制御装置の構成を示す図である。 グランドの配線パターンを拡大して示す図である。 回路基板を筐体によって挟み込む構造を説明するための図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる電子制御装置の構成を示す図であり、この電子制御装置は、例えば車両に搭載され、内燃機関の制御を行うものである。また図２（ａ）は、図１に示す配線パターンの一部を拡大して示し、図３は回路基板を筐体によって挟み込む構造を説明するための図である。

図１に示す電子制御装置は、金属材料を用いたケース状の筐体１（図１には筐体１の下側部材１ｂが示されている）に収容された回路基板２によって構成され、回路基板２には、制御回路を構成するＩＣ（集積回路）、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、コイルなどの電子部品が搭載されている。図１には個々の電子部品は示されておらず、代表的な機能ブロックとしてＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、増幅回路２２、電源回路２３、駆動回路２４が示されている。

回路基板２には、コネクタ３が設けられており、回路基板２上に構成される制御回路は、コネクタ３を介して、センサ４、制御対象５、及び内燃機関によって駆動される発電機６が接続可能に構成されている。センサ４及び制御対象５は、１つのみ図示しているが、実際には複数設けられている。センサ４は、例えば内燃機関の冷却水温センサや回転数センサなどであり、制御対象５は、例えば電磁弁である燃料噴射弁や排気還流制御弁など、あるいはモータが使用されるスロットル弁アクチュエータなどである。

回路基板２の周縁部には、制御回路へのノイズの影響を低減するための（シールド用の）グランドに対応する第１配線パターン１１が設けられ、さらにその内側には比較的大きな電流が流れるグランドに対応する第２配線パターン１２が設けられている。制御回路を構成する電子部品は、第２配線パターン１２の内側に配置されている。

第１配線パターン１１及び第２配線パターン１２は、それぞれ第１突出部１１ａ及び第２突出部１２ａを有し、第１突出部１１ａ及び第２突出部１２ａは、比較的小さい一定距離Ｄ（例えば１．０ｍｍ）を隔てて交互に対向するように配置されている。本実施形態では、第１突出部１１ａは、２つの辺１１ｂ，１１ｃの長さがほぼ等しい二等辺三角形状に形成され、第２突出部１２ａも同様に２つの辺１２ｂ，１２ｃの長さがほぼ等しい二等辺三角形状に形成されている。

図２（ａ）に示すように第１及び第２配線パターン１１，１２では、大部分の電流は矢印で示すように、突出部１１ａ，１２ａ以外の部分を流れるため、突出部１１ａ，１２ａは、主としてヒートシング（放熱器）として機能する。突出部１１ａ，１２ａを二等辺三角形状とすることにより、限られたスペースにおいて放熱に寄与する配線パターン表面積を最大とし、かつ２つの配線パターン間の浮遊容量を最大とすることができる。その結果、外部からのノイズの影響を排除する効果及び放熱効果を低コストで得られる。

第１及び第２配線パターン１１，１２は、後述する所定箇所Ｐ１の近傍で互いに接続されており、図３に示すようにこの部分を筐体１によって挟み込むことによって、筐体１と電気的に接続されるとともに、回路基板２が筐体１に固定され、収容される。筐体１は車体に接続されている。筐体１は上側部材１ａ及び下側部材１ｂをねじ１ｃによって結合することによって構成され、筐体１の上側部材１ａ及び下側部材１ｂは、上側部材１ａが第１配線パターン１１と当接するように回路基板２を挟み込んでねじ止めされている。

第２配線パターン１２の内側には、制御回路のグランドに対応する第３配線パターン１３が設けられており、第３配線パターン１３は、所定箇所Ｐ１において第２配線パターン１２と接続されている。図１において太い実線で示す接続線は、グランド接続線であり、ＣＰＵ２１、増幅回路２２、及び電源回路２３のグランドは第３配線パターン１３に接続され、駆動回路２４のグランドは第２配線パターン１２に接続されている。所定箇所Ｐ１は、第２配線パターン１２が線対称の形状を有している場合には、その対称の中心線上に位置する。

センサ４には、グランド線４１、センサ出力信号線４２、及び電源線４３が接続されており、グランド線４１は、増幅回路２２のグランドが接続されている所定箇所Ｐ２の近傍において第３配線パターン１３と接続されている。センサ出力信号線４２は増幅回路２２に入力され、増幅回路２２の出力はＣＰＵ２１に供給される。電源線４３は、電源回路２３に接続されている。

ＣＰＵ２１から出力される制御信号ＳＣＴＬが、駆動回路２４に供給され、駆動回路２４は駆動信号線５２を介して、駆動信号を制御対象５に供給する。駆動回路２４には、発電機６（または図示しないバッテリ）の出力電圧が電源電圧として供給される。制御対象５のグランド接続線５１は、第２配線パターン１２に接続されている。

電源回路２３は、発電機６（または図示しないバッテリ）の出力電圧を降圧して安定化し、安定化した電源電圧を、電源線２５を介して増幅回路２２及びＣＰＵ２１に供給する。
なお、図１には、グランドに対応する配線パターン１１〜１３のみ実際の基板上における導体の薄板（金属箔）として示されているが、他の接続線も実際には、金属箔の配線パターンで構成されている。

以上のように本実施形態では、第１配線パターン１１及び第２配線パターン１２は、それぞれ第１突出部１１ａ及び第２突出部１２ａを有し、第１及び第２突出部１１ａ，１２ａが比較的小さい一定間隔Ｄを隔てて交互に対向するように配置されるので、第１及び第２配線パターン１１，１２の間隙を最小限として、配線パターンの面積を最大限に確保できる。突出部１１ａ，１２ａには電流がほとんど流れないため、突出部１１ａ，１２ａはヒートシンク（放熱器）として機能し、さらに第１及び第２配線パターン１１，１２がともに筐体１に接続されるので、ヒートシンクとして機能する部品を新たに追加することなく、放熱効果を高めることができる。また第１及び第２突出部１１ａ，１２ａは、比較的小さい一定間隔Ｄを隔てて対向しているため、両者の間の浮遊容量が比較的大きくなり、高周波ノイズについては両者の間のインピーダンスが低くなり、高周波ノイズの影響をより低減することができる。

また第１及び第２配線パターン１１，１２は、筐体１（上側部材１ａ及び下側部材１ｂ）によって挟み込むことによって筐体１と接続されるので、ハンダ付けなどを用いることなく、筐体１と配線パターン１１，１２との導通が確保されるため、製造時の作業工数の低減効果及びコスト低減効果が得られる。

また制御回路のグランドに対応する第３配線パターン１２は、比較的大きな電流が流れる第２配線パターン１２と所定箇所Ｐ１で接続されるので、制御対象５に供給される大電流の変動に起因するノイズが、制御回路側に与える影響を低減することができる。

またセンサ４のグランド線４１は、センサ４の出力信号を増幅する増幅回路２２のグランドが第３配線パターン１３に接続されている所定箇所Ｐ２の近傍に接続される。センサ４の出力信号は比較的微弱であるため、ノイズの影響を受けやすい。したがって、センサ４のグランド線４１を増幅回路２２のグランドが第３配線パターン１３に接続されている所定箇所Ｐ２の近傍に接続することによって、第３配線パターン１３に流れるノイズ電流の影響を低減することができる。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１及び第２突出部１１ａ，１２ａの形状は、図２（ａ）に示すように三角形状に限るものではなく、図２（ｂ）に示すように四角形状としてもよい。
また制御対象５は、車両に搭載される変速機を制御するための電磁弁などのアクチュエータであってもよく、また車両に限らず、例えばロボットに搭載されるモータなどのアクチュエータであってもよい。

１ 筐体
１ａ 上側部材
１ｂ 下側部材
２ 回路基板
４ センサ
５ 制御対象
１１ 第１配線パターン
１１ａ 第１突出部
１２ 第２配線パターン
１２ａ 第２突出部
１３ 第３配線パターン
２１ ＣＰＵ
２２ 増幅回路
Ｐ１，Ｐ２ 所定箇所

Claims (4)

1. 制御回路を構成する複数の電子部品が搭載され、金属箔の配線パターンによって前記電子部品が接続されている回路基板を用いて制御対象を制御する電子制御装置において、
   前記制御回路を収容する筐体を備え、
   前記回路基板上には、前記筐体に接続され、前記制御回路へのノイズの影響を低減するためのグランドに対応する第１配線パターンと、前記筐体に接続され、比較的大きな電流が流れるグランドに対応する第２配線パターンとが形成され、
   前記第１配線パターン及び第２配線パターンは、それぞれ第１突出部及び第２突出部を有し、前記第１及び第２突出部が比較的小さい一定間隔を隔てて交互に対向するように配置されていることを特徴とする電子制御装置。
2. 前記第１及び第２配線パターンは、前記筐体によって挟み込むことによって前記筐体と接続されることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記第１配線パターンは、前記回路基板の周縁部に形成され、前記第２配線パターンは、前記第１配線パターンの内側に配置され、前記電子部品は前記第２配線パターンの内側に配置されており、前記制御回路のグランドに対応する第３配線パターンは、所定箇所で前記第２配線パターンと接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御装置。
4. 前記制御対象の状態を検出するためのセンサを備え、
   前記センサのグランド線は、前記センサの出力信号を増幅する増幅回路のグランドが前記第３配線パターンに接続されている箇所の近傍に接続されることを特徴とする請求項３に記載の電子制御装置。

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