JP2023143708A

JP2023143708A - Switching power supply device

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Publication number: JP2023143708A
Application number: JP2023009495A
Authority: JP
Inventors: 寛之高辻; Hiroyuki Takatsuji; 達也細谷; Tatsuya Hosoya
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2023-01-25
Publication date: 2023-10-06

Abstract

To provide a switching power supply device which reduces the generation of common mode noise while suppressing heat generation and power loss.SOLUTION: A switching power supply device 10 comprises: a power conversion circuit 20; a control circuit 30; a common mode choke coil 50 connected to a DC power supply 92 side of the control circuit 30; a half bridge capacitor 41 connected to a DC power supply 91 side of the power conversion circuit 20; and a half bridge capacitor 42 connected to the DC power supply 92 side of the control circuit 30. Mid-points of the half bridge capacitors 41 and 42 are electrically connected to each other. A noise balance circuit is formed of a closed circuit consisting of the power conversion circuit 20, the control circuit 30, the half bridge capacitors 41 and 42, and the common mode choke coil 50. The noise balance circuit confines and cancels out common mode currents, acting as switching noise, which are generated in a plurality of closed circuit portions as a result of switching operations of power conversion switching elements Q1 and Q2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、スイッチング素子を用いて電力変換を行うスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device that performs power conversion using switching elements.

スイッチング電源装置では、制御回路用のスイッチング素子や電力変換用のスイッチング素子で発生するコモンモードノイズが問題になる。 In switching power supply devices, common mode noise generated in switching elements for control circuits and switching elements for power conversion becomes a problem.

コモンモードノイズの発生を低減させる構成として、特許文献１の電源装置は、電力変換回路の入力側と出力側に、コモンモードチョークコイルとハーフブリッジコンデンサとを接続している。すなわち、特許文献１の電源装置では、外部の直流電源と電力変換回路との間に、コモンモードチョークコイルとハーフブリッジコンデンサとの両方が接続されている。 As a configuration for reducing the occurrence of common mode noise, the power supply device of Patent Document 1 has a common mode choke coil and a half bridge capacitor connected to the input side and output side of the power conversion circuit. That is, in the power supply device of Patent Document 1, both a common mode choke coil and a half-bridge capacitor are connected between an external DC power source and a power conversion circuit.

特開２００６－２７１１３５号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-271135

しかしながら、コモンモードノイズを抑制するには、高インピーダンス特性の大型のコモンモードチョークコイルを使用する必要がある。 However, in order to suppress common mode noise, it is necessary to use a large common mode choke coil with high impedance characteristics.

大電流が流れる電力変換回路への配線ラインに高インピーダンスのコモンモードチョークコイルを接続すると、コモンモードチョークコイルでの発熱や電力損失が大きくなる問題が生じる。 When a high impedance common mode choke coil is connected to a wiring line to a power conversion circuit through which a large current flows, a problem arises in that heat generation and power loss in the common mode choke coil become large.

また、制御回路用のスイッチング素子からもコモンモードノイズは発生する。 Common mode noise is also generated from switching elements for control circuits.

したがって、本発明の目的は、発熱や電力損失を抑制し、電力変換回路および制御回路のコモンモードノイズの発生を低減できるスイッチング電源装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a switching power supply device that can suppress heat generation and power loss, and reduce the occurrence of common mode noise in a power conversion circuit and a control circuit.

この発明のスイッチング電源装置は、電力変換回路、制御回路、制御回路側コモンモードチョークコイル、第１ハーフブリッジコンデンサ、および、第２ハーフブリッジコンデンサを備える。電力変換回路は、第１入力コンデンサ、電力変換用スイッチング素子、第１出力コンデンサを備え、第１直流電源から供給された電力を変換して負荷に出力する。制御回路は、電力変換回路に直接電気接続される。制御回路は、第２入力コンデンサおよびスイッチング駆動回路を備え、第２直流電源から供給された電力を用いて、電力変換用スイッチング素子の駆動信号を生成する。 The switching power supply device of the present invention includes a power conversion circuit, a control circuit, a common mode choke coil on the control circuit side, a first half-bridge capacitor, and a second half-bridge capacitor. The power conversion circuit includes a first input capacitor, a power conversion switching element, and a first output capacitor, converts power supplied from the first DC power source, and outputs the converted power to a load. The control circuit is electrically connected directly to the power conversion circuit. The control circuit includes a second input capacitor and a switching drive circuit, and uses the power supplied from the second DC power supply to generate a drive signal for the power conversion switching element.

制御回路側コモンモードチョークコイルは、制御回路の第２直流電源側に接続される。第１ハーフブリッジコンデンサは、電力変換回路の第１直流電源側に接続される。第２ハーフブリッジコンデンサは、制御回路の第２直流電源側に接続される。第１ハーフブリッジコンデンサの中点と第２ハーフブリッジコンデンサの中点とは、電気接続される。電力変換回路、制御回路、第１ハーフブリッジコンデンサ、第２ハーフブリッジコンデンサ、および、制御回路側コモンモードチョークコイルによって構成される閉回路からノイズ平衡回路を形成される。ノイズ平衡回路は、電力変換用スイッチング素子のスイッチング動作により複数の閉回路部分において発生するスイッチングノイズとなるコモンモード電流を閉じ込めて互いに相殺する。 The control circuit side common mode choke coil is connected to the second DC power supply side of the control circuit. The first half-bridge capacitor is connected to the first DC power supply side of the power conversion circuit. The second half-bridge capacitor is connected to the second DC power supply side of the control circuit. The midpoint of the first half-bridge capacitor and the midpoint of the second half-bridge capacitor are electrically connected. A noise balancing circuit is formed from a closed circuit including a power conversion circuit, a control circuit, a first half-bridge capacitor, a second half-bridge capacitor, and a common mode choke coil on the control circuit side. The noise balancing circuit confines common mode currents that become switching noise generated in a plurality of closed circuit parts due to the switching operation of the power conversion switching element and cancel each other out.

この構成では、電力変換回路には、第１ハーフブリッジコンデンサが接続され、制御回路には、第２ハーフブリッジコンデンサが接続され、第１ハーフブリッジコンデンサの中点と、第２ハーフブリッジコンデンサの中点とが接続される。これにより、コモンモード電流は、ノイズ源となるスイッチング素子を含むノイズ平衡回路に閉じ込められ、相殺される。さらに、コモンモードチョークコイルは、電力変換回路よりも低電力の制御回路に接続される。したがって、コモンモードチョークコイルによる発熱や電力損失が抑制される。 In this configuration, the first half-bridge capacitor is connected to the power conversion circuit, the second half-bridge capacitor is connected to the control circuit, and the middle point of the first half-bridge capacitor and the middle point of the second half-bridge capacitor are connected to each other. The points are connected. As a result, the common mode current is trapped in a noise balancing circuit that includes a switching element that is a noise source, and is canceled out. Furthermore, the common mode choke coil is connected to a control circuit with lower power than the power conversion circuit. Therefore, heat generation and power loss due to the common mode choke coil are suppressed.

この発明によれば、発熱や電力損失を抑制し、電力変換回路および制御回路のコモンモードノイズ電流の発生を低減できる。 According to this invention, heat generation and power loss can be suppressed, and generation of common mode noise current in the power conversion circuit and the control circuit can be reduced.

図１は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。FIG. 1 is a circuit block diagram showing a schematic configuration of a switching power supply device according to a first embodiment of the present invention. 図２は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the switching power supply device according to the first embodiment of the present invention. 図３は、本願発明の構成による電力変換用スイッチング素子を起因とするコモンモード電流の流れを示す概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the flow of common mode current caused by the power conversion switching element according to the configuration of the present invention. 図４は、本願発明の構成による制御回路のスイッチング素子を起因とするコモンモード電流の流れを示す概略的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing the flow of common mode current caused by the switching elements of the control circuit according to the configuration of the present invention. 図５は、デルタ型Ｌｉｓｎを用いてコモンモードノイズの測定を行う場合の回路例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a circuit when common mode noise is measured using delta-type Lisn. 図６は、デルタ型Ｌｉｓｎを用いてコモンモードノイズの測定を行う場合の回路例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a circuit when common mode noise is measured using delta-type Lisn. 図７は、Ｈｉ側のケーブルとＬｏｗ側のケーブルに電流検出用のプローブＰＲｃｒを配置した場合の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram when current detection probes PRcr are arranged on the Hi-side cable and the Low-side cable. 図８は、Ｌｉｓｎとシャーシとを接続するケーブルに電流検出用のプローブＰＲｃｒを配置した場合の回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram when a current detection probe PRcr is arranged on a cable connecting Lisn and the chassis. 図９は、本願構成と比較構成でのノイズレベルを示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the noise levels in the configuration of the present application and the comparative configuration. 図１０は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。FIG. 10 is a circuit block diagram showing a schematic configuration of a switching power supply device according to a second embodiment of the present invention. 図１１は、本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。FIG. 11 is a circuit block diagram showing a schematic configuration of a switching power supply device according to a third embodiment of the present invention. 図１２は、本発明の第４の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。FIG. 12 is a circuit block diagram showing a schematic configuration of a switching power supply device according to a fourth embodiment of the present invention.

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るスイッチング電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。 [First embodiment]
A switching power supply device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit block diagram showing a schematic configuration of a switching power supply device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the switching power supply device according to the first embodiment of the present invention.

（スイッチング電源装置１０の概略構成および概略動作）
図１、図２に示すように、スイッチング電源装置１０は、電力変換回路２０、制御回路３０、ハーフブリッジコンデンサ４１、ハーフブリッジコンデンサ４２、および、コモンモードチョークコイル５０を備える。 (Schematic configuration and schematic operation of switching power supply device 10)
As shown in FIGS. 1 and 2, the switching power supply device 10 includes a power conversion circuit 20, a control circuit 30, a half-bridge capacitor 41, a half-bridge capacitor 42, and a common mode choke coil 50.

概略構成として、電力変換回路２０の入力端には、直流電源９１が接続される。直流電源９１は、高電圧の電源であり、例えば、１００Ｖから１０００Ｖの直流電源である。直流電源９１が、本発明の「第１直流電源」に対応する。直流電源９１の正極および負極は、アース電位ＧＮＤｓから絶縁されている。 As a schematic configuration, a DC power supply 91 is connected to an input end of the power conversion circuit 20. The DC power supply 91 is a high voltage power supply, for example, a 100V to 1000V DC power supply. The DC power supply 91 corresponds to the "first DC power supply" of the present invention. A positive electrode and a negative electrode of DC power supply 91 are insulated from earth potential GNDs.

電力変換回路２０の入力端と直流電源９１との間には、ハーフブリッジコンデンサ４１が接続される。ハーフブリッジコンデンサ４１の中点は、ハーフブリッジコンデンサ４２の中点と接続する。 A half-bridge capacitor 41 is connected between the input end of the power conversion circuit 20 and the DC power supply 91. The midpoint of half-bridge capacitor 41 is connected to the midpoint of half-bridge capacitor 42 .

電力変換回路２０の出力端には、負荷９９が接続される。 A load 99 is connected to the output end of the power conversion circuit 20.

制御回路３０の入力端は、直流電源９２が接続される。直流電源９２は、直流電源９１よりも低電圧の電源であり、例えば、１２Ｖから１４Ｖの直流電源である。直流電源９２の負極は、アース電位ＧＮＤｓに接続される。アース電位ＧＮＤｓは、対地接地の電位とは異なり、スイッチング電源装置１０が搭載される電動車両等の基準電位であり、例えば、電動車両のシャーシと同電位である。直流電源９２が、本発明の「第２直流電源」に対応する。 A DC power supply 92 is connected to the input end of the control circuit 30 . The DC power supply 92 is a power supply with a lower voltage than the DC power supply 91, and is, for example, a 12V to 14V DC power supply. The negative pole of the DC power supply 92 is connected to the ground potential GNDs. The earth potential GNDs is different from the ground potential, and is a reference potential of an electric vehicle or the like on which the switching power supply device 10 is mounted, and is, for example, at the same potential as the chassis of the electric vehicle. The DC power supply 92 corresponds to the "second DC power supply" of the present invention.

制御回路３０の入力端と直流電源９２との間には、ハーフブリッジコンデンサ４２とコモンモードチョークコイル５０が接続される。より具体的には、直流電源９２側から制御回路３０に向けて、コモンモードチョークコイル５０、ハーフブリッジコンデンサ４２の順に接続される。 A half-bridge capacitor 42 and a common mode choke coil 50 are connected between the input end of the control circuit 30 and the DC power supply 92. More specifically, the common mode choke coil 50 and the half bridge capacitor 42 are connected in this order from the DC power supply 92 side toward the control circuit 30.

制御回路３０と電力変換回路２０とは、接続される。この際、制御回路３０と電力変換回路２０とは、直接電気接続される。なお、直接電気接続されるとは、制御回路３０と電力変換回路２０との間に他の電気回路素子が接続されることなく、制御回路３０と電力変換回路２０とが接続されることを意味する。 Control circuit 30 and power conversion circuit 20 are connected. At this time, the control circuit 30 and the power conversion circuit 20 are directly electrically connected. Note that directly electrically connected means that the control circuit 30 and the power conversion circuit 20 are connected without any other electric circuit element being connected between the control circuit 30 and the power conversion circuit 20. do.

制御回路３０は、直流電源９２から電力供給される。制御回路３０は、電力変換回路２０の電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の駆動信号を生成し、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に出力する。 The control circuit 30 is supplied with power from a DC power supply 92 . The control circuit 30 generates drive signals for the power conversion switching elements Q1 and Q2 of the power conversion circuit 20, and outputs them to the power conversion switching elements Q1 and Q2.

電力変換回路２０は、制御回路３０からの駆動信号によって電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をオンオフにスイッチング制御することで、直流電源９１からの入力電圧を負荷９９用の出力電圧に電力変換して、負荷９９に出力する。 The power conversion circuit 20 converts the input voltage from the DC power supply 91 into the output voltage for the load 99 by controlling the switching of the power conversion switching elements Q1 and Q2 on and off using the drive signal from the control circuit 30. , output to load 99.

この電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作は、電力変換用のスイッチング周波数に応じたコモンモードノイズの発生要因となる。また、制御回路３０のスイッチング素子（例えば、後述の絶縁コンバータ３１２、３２２のスイッチング素子Ｑ３１、Ｑ３２）のスイッチング動作は、制御回路用（降圧制御用）のスイッチング周波数に応じたコモンモードノイズの発生要因となる。 The switching operation of the power conversion switching elements Q1 and Q2 causes common mode noise depending on the power conversion switching frequency. In addition, the switching operation of the switching elements of the control circuit 30 (for example, switching elements Q31 and Q32 of the isolated converters 312 and 322 described later) is a common mode noise generation factor depending on the switching frequency for the control circuit (for buck control). becomes.

ここで、スイッチング電源装置１０は、上述のように、電力変換回路２０の入力端に、ハーフブリッジコンデンサ４１が接続される。また、制御回路３０の入力端に、ハーフブリッジコンデンサ４２が接続される。さらに、ハーフブリッジコンデンサ４１の中点とハーフブリッジコンデンサ４２の中点とが接続される。またさらに、ハーフブリッジコンデンサ４２の直流電源９２側にコモンモードチョークコイル５０が接続される。 Here, in the switching power supply device 10, the half-bridge capacitor 41 is connected to the input end of the power conversion circuit 20, as described above. Furthermore, a half-bridge capacitor 42 is connected to the input end of the control circuit 30. Furthermore, the midpoint of half-bridge capacitor 41 and the midpoint of half-bridge capacitor 42 are connected. Furthermore, a common mode choke coil 50 is connected to the DC power supply 92 side of the half bridge capacitor 42.

これにより、電力変換回路２０、制御回路３０、ハーフブリッジコンデンサ４１、ハーフブリッジコンデンサ４２、および、コモンモードチョークコイル５０によって、それぞれのコモンモードノイズ（電力変換回路２０で生じるコモンモードノイズ、および、制御回路３０で発生するコモンモードノイズ）に対する閉回路（ノイズ平衡回路）を構成できる。 As a result, each common mode noise (common mode noise generated in the power conversion circuit 20 and control A closed circuit (noise balancing circuit) for common mode noise generated in the circuit 30 can be constructed.

したがって、電力変換回路２０の電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から発生するコモンモードノイズ電流、および、制御回路３０において発生するコモンモードノイズ電流は、スイッチング電源装置１０の直流電源９１、直流電源９２側に漏洩せず、ノイズ平衡回路内に閉じ込められる。ノイズ平衡回路内に閉じ込められたコモンモードノイズ電流は、位相がバラバラであるため互いに相殺される。 Therefore, the common mode noise current generated from the power conversion switching elements Q1 and Q2 of the power conversion circuit 20 and the common mode noise current generated in the control circuit 30 are transmitted to the DC power supply 91 and DC power supply 92 sides of the switching power supply device 10. It is confined within the noise balancing circuit. Common mode noise currents confined within the noise balancing circuit cancel each other out because their phases are different.

結果として、スイッチング電源装置１０は、電力変換回路２０と制御回路３０のコモンモードノイズ電流の発生を低減できる。そして、コモンモードチョークコイル５０は、制御回路３０の入力端に接続されているので、すなわち、コモンモードチョークコイル５０は、高電力側の配線ラインに接続されず、低電力側の配線ラインに接続される。したがって、コモンモードチョークコイル５０の発熱および電力損失を抑制できる。さらに、コモンモードチョークコイル５０の耐圧を低くできるので、コモンモードチョークコイル５０を小型化でき、安価にできる。これにより、小型で安価なスイッチング電源装置１０を実現できる。なお、コモンモードチョークコイル５０は省略が可能であるが、備えることが好ましく、コモンモードチョークコイル５０があることで、コモンモードノイズの発生および外部へのノイズ電流の漏洩をより確実に抑制できる。 As a result, the switching power supply device 10 can reduce the generation of common mode noise current in the power conversion circuit 20 and the control circuit 30. Since the common mode choke coil 50 is connected to the input end of the control circuit 30, that is, the common mode choke coil 50 is not connected to the high power side wiring line but to the low power side wiring line. be done. Therefore, heat generation and power loss of the common mode choke coil 50 can be suppressed. Furthermore, since the withstand voltage of the common mode choke coil 50 can be lowered, the common mode choke coil 50 can be made smaller and cheaper. Thereby, a small and inexpensive switching power supply device 10 can be realized. Although the common mode choke coil 50 can be omitted, it is preferable to include it, and the presence of the common mode choke coil 50 can more reliably suppress the occurrence of common mode noise and the leakage of noise current to the outside.

（スイッチング電源装置１０の具体的な回路構成の一例）
図２に示すように、電力変換回路２０は、入力コンデンサＣ１１、インダクタＬ１、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、出力コンデンサＣ１２を備える。入力コンデンサＣ１１が、本発明の「第１入力コンデンサ」に対応し、出力コンデンサＣ１２が、本発明の「第１出力コンデンサ」に対応する。 (An example of a specific circuit configuration of the switching power supply device 10)
As shown in FIG. 2, the power conversion circuit 20 includes an input capacitor C11, an inductor L1, power conversion switching elements Q1 and Q2, and an output capacitor C12. The input capacitor C11 corresponds to the "first input capacitor" of the present invention, and the output capacitor C12 corresponds to the "first output capacitor" of the present invention.

入力コンデンサＣ１１の一方端子は、直流電源９１の正極に接続し、入力コンデンサＣ１１の他方端子は、直流電源９１の負極に接続する。インダクタＬ１の一方端子は、直流電源９１の正極に接続し、インダクタＬ１の他方端子は、電力変換用スイッチング素子Ｑ１のドレインと電力変換用スイッチング素子Ｑ２のソースとのノードに接続する。 One terminal of the input capacitor C11 is connected to the positive pole of the DC power supply 91, and the other terminal of the input capacitor C11 is connected to the negative pole of the DC power supply 91. One terminal of the inductor L1 is connected to the positive electrode of the DC power supply 91, and the other terminal of the inductor L1 is connected to a node between the drain of the power conversion switching element Q1 and the source of the power conversion switching element Q2.

電力変換用スイッチング素子Ｑ１のソースは、直流電源９１の負極およびスイッチング電源装置１０の負極側出力端子に接続する。電力変換用スイッチング素子Ｑ２のドレインは、スイッチング電源装置１０の正極側出力端子に接続する。スイッチング電源装置１０の正極側出力端子と負極側出力端子との間には、出力コンデンサＣ１２が接続される。そして、正極側出力端子と負極側出力端子との間には、負荷９９が接続される。 The source of the power conversion switching element Q1 is connected to the negative electrode of the DC power supply 91 and the negative output terminal of the switching power supply device 10. The drain of the power conversion switching element Q2 is connected to the positive output terminal of the switching power supply device 10. An output capacitor C12 is connected between the positive output terminal and the negative output terminal of the switching power supply 10. A load 99 is connected between the positive output terminal and the negative output terminal.

電力変換用スイッチング素子Ｑ１のゲートおよび電力変換用スイッチング素子Ｑ２のゲートは、制御回路３０のゲートドライバＩＣ３１１およびゲートドライバＩＣ３２１に接続する。より具体的には、電力変換用スイッチング素子Ｑ１のゲートとゲートドライバＩＣ３１１とは、直接電気接続され、電力変換用スイッチング素子Ｑ２のゲートとゲートドライバＩＣ３２１とは、直接電気接続される。 The gate of the power conversion switching element Q1 and the gate of the power conversion switching element Q2 are connected to the gate driver IC 311 and the gate driver IC 321 of the control circuit 30. More specifically, the gate of the power conversion switching element Q1 and the gate driver IC 311 are directly electrically connected, and the gate of the power conversion switching element Q2 and the gate driver IC 321 are directly electrically connected.

制御回路３０は、ゲートドライバＩＣ３１１、絶縁コンバータ３１２、ゲートドライバＩＣ３２１、および、絶縁コンバータ３２２を備える。ゲートドライバＩＣ３１１および、ゲートドライバＩＣ３２１が、本発明の「スイッチング駆動回路」に対応する。 The control circuit 30 includes a gate driver IC 311, an isolated converter 312, a gate driver IC 321, and an isolated converter 322. The gate driver IC 311 and the gate driver IC 321 correspond to the "switching drive circuit" of the present invention.

絶縁コンバータ３１２の入力端子は、コモンモードチョークコイル５０に接続し、絶縁コンバータ３１２の出力端子は、ゲートドライバＩＣ３１１に接続される。絶縁コンバータ３２２の入力端子は、コモンモードチョークコイル５０に接続し、絶縁コンバータ３２２の出力端子は、ゲートドライバＩＣ３２１に接続される。 The input terminal of the isolated converter 312 is connected to the common mode choke coil 50, and the output terminal of the isolated converter 312 is connected to the gate driver IC 311. The input terminal of the isolated converter 322 is connected to the common mode choke coil 50, and the output terminal of the isolated converter 322 is connected to the gate driver IC 321.

絶縁コンバータ３１２は、コンデンサＣ３１１、コンデンサＣ３１２、スイッチング素子Ｑ３１、絶縁トランスＴＲ３１、整流素子Ｄ３１を備える。絶縁コンバータ３１２は、直流電源９２の直流電圧を、ゲートドライバＩＣ３１１の直流駆動電圧に変換し、ゲートドライバＩＣ３１１に与える。コンデンサＣ３１１が、本発明の「第２入力コンデンサ」に対応する。 The isolation converter 312 includes a capacitor C311, a capacitor C312, a switching element Q31, an isolation transformer TR31, and a rectifier D31. The insulated converter 312 converts the DC voltage of the DC power supply 92 into a DC drive voltage for the gate driver IC 311 and supplies the DC voltage to the gate driver IC 311 . Capacitor C311 corresponds to the "second input capacitor" of the present invention.

絶縁コンバータ３２２は、コンデンサＣ３２１、コンデンサＣ３２２、スイッチング素子Ｑ３２、絶縁トランスＴＲ３２、整流素子Ｄ３２を備える。絶縁コンバータ３２２は、コモンモードチョークコイル５０とゲートドライバＩＣ３２１との間に接続される。絶縁コンバータ３２２は、直流電源９２の直流電圧を、ゲートドライバＩＣ３２１の直流駆動電圧に変換し、ゲートドライバＩＣ３２１に与える。コンデンサＣ３２１が、本発明の「第２入力コンデンサ」に対応する。 The isolation converter 322 includes a capacitor C321, a capacitor C322, a switching element Q32, an isolation transformer TR32, and a rectifier D32. Isolated converter 322 is connected between common mode choke coil 50 and gate driver IC 321. The isolation converter 322 converts the DC voltage of the DC power supply 92 into a DC drive voltage for the gate driver IC 321 and supplies it to the gate driver IC 321 . Capacitor C321 corresponds to the "second input capacitor" of the present invention.

ハーフブリッジコンデンサ４１は、コンデンサＣ４１１とコンデンサＣ４１２とを備える。コンデンサＣ４１１とコンデンサＣ４１２とは、直列接続される。コンデンサＣ４１１とコンデンサＣ４１２との直列回路は、直流電源９１の正極に接続する電力変換用の正極側配線ラインと、直流電源９１の負極に接続する電力変換用の負極側配線ラインとの間に接続される。 The half-bridge capacitor 41 includes a capacitor C411 and a capacitor C412. Capacitor C411 and capacitor C412 are connected in series. The series circuit of capacitor C411 and capacitor C412 is connected between a positive wiring line for power conversion connected to the positive pole of DC power supply 91 and a negative wiring line for power conversion connected to the negative pole of DC power supply 91. be done.

ハーフブリッジコンデンサ４２は、コンデンサＣ４２１とコンデンサＣ４２２とを備える。コンデンサＣ４２１とコンデンサＣ４２２とは、直列接続される。コンデンサＣ４２１とコンデンサＣ４２２との直列回路は、直流電源９２の正極に接続する制御回路用の正極側配線ラインと、直流電源９２の負極に接続する制御回路用の負極側配線ラインとの間に接続される。 The half-bridge capacitor 42 includes a capacitor C421 and a capacitor C422. Capacitor C421 and capacitor C422 are connected in series. The series circuit of the capacitor C421 and the capacitor C422 is connected between the positive wiring line for the control circuit connected to the positive pole of the DC power supply 92 and the negative wiring line for the control circuit connected to the negative pole of the DC power supply 92. be done.

コモンモードチョークコイル５０は、直流電源９２とハーフブリッジコンデンサ４２との間に接続される。 Common mode choke coil 50 is connected between DC power supply 92 and half bridge capacitor 42 .

このような構成のスイッチング電源装置１０は、概略的に次に示すように動作する。ゲートドライバＩＣ３１１は、直流電源９２からコモンモードチョークコイル５０、ハーフブリッジコンデンサ４２、および、絶縁コンバータ３１２を通じて供給された電力で駆動し、電力変換用スイッチング素子Ｑ１用の駆動信号を生成する。ゲートドライバＩＣ３２１は、直流電源９２からコモンモードチョークコイル５０、ハーフブリッジコンデンサ４２、および、絶縁コンバータ３２２を通じて供給された電力で駆動し、電力変換用スイッチング素子Ｑ２用の駆動信号を生成する。ゲートドライバＩＣ３１１とゲートドライバＩＣ３２１とは同期しており、ゲートドライバＩＣ３１１が出力する駆動信号と、ゲートドライバＩＣ３２１が出力する駆動信号とは、それぞれのオン期間が重ならず、それぞれのオン電圧が交互に出力されるように設定されている。 The switching power supply device 10 having such a configuration operates roughly as shown below. The gate driver IC 311 is driven by power supplied from the DC power supply 92 through the common mode choke coil 50, the half bridge capacitor 42, and the isolation converter 312, and generates a drive signal for the power conversion switching element Q1. The gate driver IC 321 is driven by power supplied from the DC power supply 92 through the common mode choke coil 50, the half bridge capacitor 42, and the isolation converter 322, and generates a drive signal for the power conversion switching element Q2. The gate driver IC 311 and the gate driver IC 321 are synchronized, and the drive signal output by the gate driver IC 311 and the drive signal output by the gate driver IC 321 have on-periods that do not overlap, and their on-voltages alternate. It is set to be output to .

電力変換回路２０の電力変換用スイッチング素子Ｑ１は、ゲートドライバＩＣ３１１からの駆動信号でスイッチング制御され、電力変換用スイッチング素子Ｑ２は、ゲートドライバＩＣ３２１からの駆動信号でスイッチング制御される。これにより、電力変換回路２０は、直流電源９２の直流電圧を負荷９９用の出力電圧に電力変換して、負荷９９に供給する。 Switching of the power conversion switching element Q1 of the power conversion circuit 20 is controlled by a drive signal from the gate driver IC311, and switching of the power conversion switching element Q2 is controlled by a drive signal from the gate driver IC321. Thereby, the power conversion circuit 20 converts the DC voltage of the DC power supply 92 into an output voltage for the load 99, and supplies the output voltage to the load 99.

このような構成では、電力変換用スイッチング素子Ｑ１および電力変換用スイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作、および、制御回路３０の絶縁コンバータ３１２、３２２のスイッチング素子Ｑ３１、Ｑ３２のスイッチング動作が、コモンモードノイズの主たる発生要因となる。 In such a configuration, the switching operations of the power conversion switching element Q1 and the power conversion switching element Q2, and the switching operations of the switching elements Q31 and Q32 of the isolated converters 312 and 322 of the control circuit 30 are the main sources of common mode noise. It becomes a cause of occurrence.

しかしながら、スイッチング電源装置１０は、上述の構成を備えることで、コモンモードノイズの発生を低減できる。 However, by having the above-described configuration, the switching power supply device 10 can reduce the occurrence of common mode noise.

図３は、本願発明の構成による電力変換用スイッチング素子を起因とするコモンモード電流の流れを示す概略的に示す図である。図４は、本願発明の構成による制御回路のスイッチング素子を起因とするコモンモード電流の流れを示す概略的に示す図である。図３、図４では、太線の矢印がコモンモード電流の流れを示す。なお、本願発明の構成を採用することで、図示したコモンモード電流は結果的には抑制されているが、説明を分かり易くするため、図３、図４にコモンモード電流の流れを図示する。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the flow of common mode current caused by the power conversion switching element according to the configuration of the present invention. FIG. 4 is a diagram schematically showing the flow of common mode current caused by the switching elements of the control circuit according to the configuration of the present invention. In FIGS. 3 and 4, thick arrows indicate the flow of common mode current. Note that by adopting the configuration of the present invention, the illustrated common mode current is suppressed as a result, but in order to make the explanation easier to understand, the flow of the common mode current is illustrated in FIGS. 3 and 4.

コモンモード電流は、ノイズ源である電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２やスイッチング素子Ｑ３１、Ｑ３２で発生し、それぞれのコモンモードノイズの周波数帯域において電気的に直接または間接的に接続するライン通じて流れる。したがって、各コモンモード電流は、電力変換回路２０のみでなく制御回路３０にも流れる。 Common mode current is generated in power conversion switching elements Q1 and Q2 and switching elements Q31 and Q32, which are noise sources, and flows through lines that are electrically connected directly or indirectly in the frequency band of each common mode noise. . Therefore, each common mode current flows not only to the power conversion circuit 20 but also to the control circuit 30.

図３に示すように、本願構成では、電力変換回路２０の入力側にハーフブリッジコンデンサ４１が接続され、制御回路３０の入力側にハーフブリッジコンデンサ４２が接続され、ハーフブリッジコンデンサ４１の中点とハーフブリッジコンデンサ４２の中点とが接続される。これにより、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２によるコモンモード電流は、電力変換回路２０、ハーフブリッジコンデンサ４１、４２、制御回路３０によって、ノイズ源である電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に還流される。この際、コモンモード電流の位相はバラバラであるため相殺される。したがって、コモンモードノイズの発生は低減される。 As shown in FIG. 3, in the configuration of the present invention, a half-bridge capacitor 41 is connected to the input side of the power conversion circuit 20, a half-bridge capacitor 42 is connected to the input side of the control circuit 30, and the midpoint of the half-bridge capacitor 41 is connected to the input side of the control circuit 30. The midpoint of the half bridge capacitor 42 is connected. As a result, the common mode current generated by the power conversion switching elements Q1 and Q2 is circulated to the power conversion switching elements Q1 and Q2, which are noise sources, by the power conversion circuit 20, half bridge capacitors 41 and 42, and the control circuit 30. . At this time, the phases of the common mode currents are different and therefore cancel each other out. Therefore, the occurrence of common mode noise is reduced.

また、図４に示すように、制御回路３０のスイッチング素子Ｑ３１、Ｑ３２によるコモンモード電流は、制御回路３０、電力変換回路２０、ハーフブリッジコンデンサ４１、４２によって、ノイズ源であるスイッチング素子Ｑ３１、Ｑ３２に還流される。この際、コモンモード電流の位相はバラバラであるため相殺される。したがって、コモンモードノイズの発生は低減される。 Further, as shown in FIG. 4, the common mode current generated by the switching elements Q31 and Q32 of the control circuit 30 is transferred to the switching elements Q31 and Q32, which are noise sources, by the control circuit 30, the power conversion circuit 20, and the half-bridge capacitors 41 and 42. is refluxed to. At this time, the phases of the common mode currents are different and therefore cancel each other out. Therefore, the occurrence of common mode noise is reduced.

さらに、本願構成では、制御回路３０の直流電源９２側にコモンモードチョークコイル５０が接続されているので、各コモンモードノイズ電流は、スイッチング電源装置１０から直流電源９２側、すなわち、スイッチング電源装置１０の外部に漏洩しない。 Furthermore, in the configuration of the present application, since the common mode choke coil 50 is connected to the DC power supply 92 side of the control circuit 30, each common mode noise current is transmitted from the switching power supply 10 to the DC power supply 92 side, that is, the switching power supply 10. Do not leak to the outside.

一方、本願構成のようなハーフブリッジコンデンサ４１、４２、コモンモードチョークコイル５０を備えない構成では、各コモンモードノイズ電流がスイッチング電源装置１０から外部（例えば、スイッチング電源装置１０が搭載される電動車両のシャーシ（アース電位ＧＮＤｓ））に漏洩してしまう。 On the other hand, in a configuration in which the half-bridge capacitors 41 and 42 and the common mode choke coil 50 are not provided as in the configuration of the present application, each common mode noise current is transmitted from the switching power supply 10 to the outside (for example, in the electric vehicle on which the switching power supply 10 is installed). chassis (earth potential GNDs)).

このように、本願構成を用いることで、スイッチング電源装置１０は、電力変換回路２０、制御回路３０、ハーフブリッジコンデンサ４１、ハーフブリッジコンデンサ４２、および、コモンモードチョークコイル５０によって、各コモンモード電流に対する閉回路を実現し、ノイズを平衡化することができる。すなわち、スイッチング電源装置１０は、電力変換回路２０、制御回路３０、ハーフブリッジコンデンサ４１、ハーフブリッジコンデンサ４２、および、コモンモードチョークコイル５０によるノイズ平衡回路を備えることができる。 As described above, by using the configuration of the present application, the switching power supply device 10 uses the power conversion circuit 20, the control circuit 30, the half-bridge capacitor 41, the half-bridge capacitor 42, and the common mode choke coil 50 to control each common mode current. A closed circuit can be realized and noise can be balanced. That is, the switching power supply device 10 can include a power conversion circuit 20 , a control circuit 30 , a half-bridge capacitor 41 , a half-bridge capacitor 42 , and a noise balancing circuit including a common mode choke coil 50 .

これにより、電力変換回路２０の電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２から発生するコモンモードノイズは、ノイズ平衡回路内に閉じ込められ、このコモンモードノイズ電流がスイッチング電源装置１０の外部（例えば、アース電位ＧＮＤｓ）に漏洩することは抑制される。さらに、閉じ込められたコモンモードノイズは、位相がバラバラであるため相殺される。 As a result, the common mode noise generated from the power conversion switching elements Q1 and Q2 of the power conversion circuit 20 is confined within the noise balancing circuit, and this common mode noise current is transferred to the outside of the switching power supply 10 (for example, to the ground potential GNDs). ) will be prevented from leaking. Furthermore, the trapped common mode noise is canceled out because it is out of phase.

同様に、制御回路３０のスイッチング素子Ｑ３１、Ｑ３２から発生するコモンモードノイズ電流は、ノイズ平衡回路内に閉じ込められ、このコモンモードノイズがスイッチング電源装置１０の外部（例えば、アース電位ＧＮＤｓ）に漏洩することは抑制される。さらに、閉じ込められたコモンモードノイズは、位相がバラバラであるため相殺される。 Similarly, the common mode noise current generated from the switching elements Q31 and Q32 of the control circuit 30 is confined within the noise balancing circuit, and this common mode noise leaks to the outside of the switching power supply 10 (for example, to the earth potential GNDs). things are suppressed. Furthermore, the trapped common mode noise is canceled out because it is out of phase.

なお、このようなノイズ平衡回路によってコモンモード電流が閉じ込められ相殺されることは、ＬＩＳＮ（ラインインピーダンス安定化回路）を、ノイズ平衡回路のＨｉ側の配線ラインとＬｏｗ側の配線ラインに接続すること（例えば、図３、図４参照）で確認できる。 Note that the common mode current is trapped and canceled by such a noise balancing circuit by connecting LISN (line impedance stabilization circuit) to the Hi side wiring line and the Low side wiring line of the noise balancing circuit. (For example, see FIGS. 3 and 4).

例えば、デルタ型Ｌｉｓｎでコモンモードノイズの電圧（コモンモードノイズ電圧）を測定する。図５、図６は、デルタ型Ｌｉｓｎを用いてコモンモードノイズの測定を行う場合の回路例を示す図である。図５では、Ｌｉｓｎにはデルタ型Ｌｉｓｎが接続され、デルタ型Ｌｉｓｎにはスペクトラムアナライザが接続される。図６では、直流電源９１とハーフブリッジコンデンサ４１との間にデルタ型Ｌｉｓｎが接続され、デルタ型Ｌｉｓｎにはスペクトラムアナライザが接続される。これらの測定構成（測定方法）において測定したコモンモードノイズ電圧が略０または十分に小さければ、ノイズ平衡回路によってコモンモード電流が閉じ込められ相殺されたことを検出できる。 For example, the common mode noise voltage (common mode noise voltage) is measured using a delta type Lisn. FIGS. 5 and 6 are diagrams showing circuit examples when common mode noise is measured using delta-type Lisn. In FIG. 5, a delta type Lisn is connected to Lisn, and a spectrum analyzer is connected to the delta type Lisn. In FIG. 6, a delta-type Lisn is connected between the DC power supply 91 and the half-bridge capacitor 41, and a spectrum analyzer is connected to the delta-type Lisn. If the common mode noise voltage measured in these measurement configurations (measurement methods) is approximately 0 or sufficiently small, it can be detected that the common mode current is trapped and canceled by the noise balancing circuit.

また、Ｈｉ側のケーブルとＬｏｗ側のケーブル、またはＬｉｓｎとシャーシとを接続するケーブルに電流検出用のプローブを配置し、このプローブでコモンモード電流を測定する。図７は、Ｈｉ側のケーブルとＬｏｗ側のケーブルに電流検出用のプローブＰＲｃｒを配置した場合の回路図である。図８は、Ｌｉｓｎとシャーシとを接続するケーブルに電流検出用のプローブＰＲｃｒを配置した場合の回路図である。図７、図８の構成において、電流検出用のプローブＰＲｃｒには、スペクトラムアナライザが接続される。これらの測定構成（測定方法）において測定したコモンモード電流が略０または十分に小さければ、ノイズ平衡回路によってコモンモード電流が閉じ込められ相殺されたことを検出できる。 Further, a current detection probe is placed on the Hi side cable and the Low side cable, or on the cable connecting Lisn and the chassis, and the common mode current is measured with this probe. FIG. 7 is a circuit diagram when current detection probes PRcr are arranged on the Hi-side cable and the Low-side cable. FIG. 8 is a circuit diagram when a current detection probe PRcr is arranged on a cable connecting Lisn and the chassis. In the configurations of FIGS. 7 and 8, a spectrum analyzer is connected to the current detection probe PRcr. If the common mode current measured in these measurement configurations (measurement methods) is approximately 0 or sufficiently small, it can be detected that the common mode current is trapped and canceled by the noise balancing circuit.

したがって、スイッチング電源装置１０は、電力変換回路２０および制御回路３０のコモンモードノイズの発生を低減でき、ＥＭＩノイズの抑制とパワーインテグリティ（電源品質の確保）を実現できる。 Therefore, the switching power supply device 10 can reduce the occurrence of common mode noise in the power conversion circuit 20 and the control circuit 30, and can suppress EMI noise and achieve power integrity (ensure power quality).

すなわち、スイッチング電源装置１０は、大電流が流れる電力変換回路への配線ラインにコモンモードチョークコイルを接続する必要はなく、かつ、ノイズ発生源においてノイズ発生を相殺し、コモンモードチョークコイルにおける発熱や電力損失を抑制し、電力変換回路および制御回路のコモンモードノイズ電流の発生を低減できる。特に、電気自動車などの様に移動することによって大地をアース電位として接地することが困難なスイッチング電源装置に対して効果的に、コモンモードチョークコイルにおける発熱や電力損失を抑制しながら、コモンモードノイズ電流の発生を低減できる。 In other words, the switching power supply device 10 does not require connecting a common mode choke coil to the wiring line to the power conversion circuit through which a large current flows, cancels noise generation at the noise source, and eliminates heat generation in the common mode choke coil. It is possible to suppress power loss and reduce the generation of common mode noise current in power conversion circuits and control circuits. In particular, it is effective for switching power supplies that are difficult to ground to the earth potential due to movement, such as in electric vehicles, while suppressing heat generation and power loss in common mode choke coils, while reducing common mode noise. Current generation can be reduced.

図９は、本願構成と比較構成でのノイズレベルを示すグラフである。図９に示すように、本願発明を採用することで、２ＭＨｚから２０ＭＨｚ帯域のノイズを抑制できる。特に、５ＭＨｚ帯域のノイズをより効果的に抑制できる。 FIG. 9 is a graph showing the noise levels in the configuration of the present application and the comparative configuration. As shown in FIG. 9, by employing the present invention, noise in the 2 MHz to 20 MHz band can be suppressed. In particular, noise in the 5 MHz band can be suppressed more effectively.

さらに、スイッチング電源装置１０は、コモンモードチョークコイル５０を電力変換用の配線ラインに接続せず、低電力の制御用の配線ラインに接続している。これにより、コモンモードチョークコイル５０の発熱を抑制できる。したがって、スイッチング電源装置１０は、発熱や電力損失を抑制しながらコモンモードノイズの発生を低減できる。 Further, in the switching power supply device 10, the common mode choke coil 50 is not connected to a wiring line for power conversion, but is connected to a wiring line for low power control. Thereby, heat generation of the common mode choke coil 50 can be suppressed. Therefore, the switching power supply device 10 can reduce the generation of common mode noise while suppressing heat generation and power loss.

さらに、コモンモードチョークコイル５０の耐圧を大きくする必要がなくなり、小型化できる。したがって、スイッチング電源装置１０は、小型化を実現しながら、コモンモードノイズの発生を低減できる。 Furthermore, there is no need to increase the withstand voltage of the common mode choke coil 50, and the size of the common mode choke coil 50 can be reduced. Therefore, the switching power supply device 10 can reduce the generation of common mode noise while realizing miniaturization.

特に、スイッチング電源装置１０は、電動車両に搭載されるとき、より有効である。具体的には、電力変換回路２０のスイッチング動作により発生したコモンモードノイズは、シャーシ（アース電位ＧＮＤｓと同電位の部品）を伝導して、車両の他の電子回路との電磁干渉の問題を引き起こす可能性がある。例えば、コモンモードノイズが車両の他の電子回路の制御回路へ流入すると、この制御回路のスイッチング素子における制御動作での誤動作の問題に繋がる。また、コモンモードノイズが他の機器に到達すると、他の機器に誤動作の問題を生じさせる。シャーシからコモンモードノイズが放射すると車両外の電子機器の誤動作の問題を生じさせる。 In particular, the switching power supply device 10 is more effective when mounted on an electric vehicle. Specifically, common mode noise generated by the switching operation of the power conversion circuit 20 is transmitted through the chassis (components with the same potential as the ground potential GNDs), causing problems of electromagnetic interference with other electronic circuits of the vehicle. there is a possibility. For example, if common mode noise flows into a control circuit of other electronic circuits in a vehicle, this may lead to malfunctions in control operations in switching elements of this control circuit. Furthermore, when the common mode noise reaches other devices, it causes malfunction problems in the other devices. Common mode noise radiated from the chassis can cause malfunction of electronic equipment outside the vehicle.

しかしながら、スイッチング電源装置１０の構成を備えることで、スイッチング電源装置１０から外部へのコモンモードノイズ電流の漏洩が抑制され、上述のような問題の発生を抑制できる。特に、電動車両では、電力変換回路２０に非常に大きな電流、電圧が入力される。したがって、本発明のスイッチング電源装置１０の構成は、より有効である。 However, by providing the configuration of the switching power supply device 10, leakage of common mode noise current from the switching power supply device 10 to the outside can be suppressed, and the occurrence of the above-mentioned problems can be suppressed. In particular, in electric vehicles, very large currents and voltages are input to the power conversion circuit 20. Therefore, the configuration of the switching power supply device 10 of the present invention is more effective.

また、スイッチング電源装置１０では、直流電源９２の負極はアース電位ＧＮＤｓに接続され、直流電源９１の正極および負極はアース電位ＧＮＤｓに接続されていない。これにより、スイッチング電源装置１０は、電圧、電流が大きい直流電源９１を通じた外部への悪影響を抑制しながら、制御回路３０の動作を安定させることができる。 Furthermore, in the switching power supply device 10, the negative pole of the DC power supply 92 is connected to the ground potential GNDs, and the positive pole and the negative pole of the DC power supply 91 are not connected to the ground potential GNDs. Thereby, the switching power supply device 10 can stabilize the operation of the control circuit 30 while suppressing the negative influence on the outside through the DC power supply 91 having a large voltage and current.

また、スイッチング電源装置１０では、ゲートドライバＩＣ３１１の負極と電力変換用スイッチング素子Ｑ１のソースとが接続され、ゲートドライバＩＣ３２１の負極と電力変換用スイッチング素子Ｑ２のソースとが接続されている。これにより、スイッチング電源装置１０は、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に安定した駆動信号を供給できる。 Further, in the switching power supply device 10, the negative electrode of the gate driver IC 311 and the source of the power conversion switching element Q1 are connected, and the negative electrode of the gate driver IC 321 and the source of the power conversion switching element Q2 are connected. Thereby, the switching power supply device 10 can supply stable drive signals to the power conversion switching elements Q1 and Q2.

なお、制御回路３０の絶縁コンバータ３１２、３２２は、非絶縁コンバータに置き換えることが可能である。しかしながら、絶縁コンバータ３１２、３２２を備えることで、ゲートドライバＩＣ３１１、３２１を、直流電源９２側からより確実に電気的に保護できる。 Note that the insulated converters 312 and 322 of the control circuit 30 can be replaced with non-insulated converters. However, by providing the insulated converters 312 and 322, the gate driver ICs 311 and 321 can be electrically protected from the DC power supply 92 side more reliably.

また、スイッチング電源装置１０では、電力変換回路２０の出力側に、さらにハーフブリッジコンデンサを備えてもよい。 Furthermore, the switching power supply device 10 may further include a half-bridge capacitor on the output side of the power conversion circuit 20.

また、制御回路３０の構成は一例であり、制御回路用の入力コンデンサ、ゲートドライバＩＣ３１１、３２１を備え、電力変換回路２０の電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に上述のような駆動信号を出力できる構成であれば、他の構成であってもよい。また、制御回路３０は、ゲートドライバＩＣ３１１、３２１に電力を供給するために、スイッチング素子を含むコンバータ回路を有していれば、他の構成であってもよい。また、電力変換回路２０は、入力コンデンサＣ１１、電力変換用スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、出力コンデンサＣ１２を備える構成であれば、他の構成であってもよい。 Further, the configuration of the control circuit 30 is an example, and includes an input capacitor for the control circuit and gate driver ICs 311 and 321, and can output the above-mentioned drive signals to the power conversion switching elements Q1 and Q2 of the power conversion circuit 20. Any other configuration may be used as long as the configuration is the same. Further, the control circuit 30 may have another configuration as long as it has a converter circuit including a switching element to supply power to the gate driver ICs 311 and 321. Further, the power conversion circuit 20 may have another configuration as long as it includes the input capacitor C11, the power conversion switching elements Q1 and Q2, and the output capacitor C12.

また、上述の実施形態では、直流電源９２の負極をアース電位ＧＮＤｓに接続する態様を示したが、直流電源９２の正極および負極をアース電位ＧＮＤｓから絶縁する構成であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, a mode was shown in which the negative electrode of the DC power source 92 is connected to the ground potential GNDs, but a configuration may be adopted in which the positive electrode and the negative electrode of the DC power source 92 are insulated from the ground potential GNDs.

また、上述の実施形態において、制御回路３０は、ゲートドライバＩＣ３１１、３２１の駆動を制御する制御ＩＣを備えていてもよい。制御ＩＣは、電力変換回路２０の出力電力に基づいて、出力電圧が一定に制御されるように、ゲートドライバＩＣ３１１、３２１にスイッチング制御信号を出力する。 Further, in the above-described embodiment, the control circuit 30 may include a control IC that controls driving of the gate driver ICs 311 and 321. The control IC outputs a switching control signal to the gate driver ICs 311 and 321 based on the output power of the power conversion circuit 20 so that the output voltage is controlled to be constant.

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図を参照して説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。 [Second embodiment]
A switching power supply device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a circuit block diagram showing a schematic configuration of a switching power supply device according to a second embodiment of the present invention.

図１０に示すように、第２の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ａは、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１０に対して、ハーフブリッジコンデンサ４２とコモンモードチョークコイル５０の接続態様において異なる。スイッチング電源装置１０Ａの他の構成は、スイッチング電源装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。 As shown in FIG. 10, the switching power supply device 10A according to the second embodiment differs from the switching power supply device 10 according to the first embodiment in the connection mode between the half-bridge capacitor 42 and the common mode choke coil 50. . The other configuration of the switching power supply device 10A is the same as that of the switching power supply device 10, and a description of the similar parts will be omitted.

ハーフブリッジコンデンサ４２は、直流電源９２とコモンモードチョークコイル５０との間に接続される。コモンモードチョークコイル５０は、ハーフブリッジコンデンサ４２と制御回路３０との間に接続される。 Half-bridge capacitor 42 is connected between DC power supply 92 and common mode choke coil 50. Common mode choke coil 50 is connected between half-bridge capacitor 42 and control circuit 30.

このような構成において、スイッチング電源装置１０Ａは、スイッチング電源装置１０と同様に、電力変換回路２０および制御回路３０のコモンモードノイズの発生を低減できる。 In such a configuration, the switching power supply device 10A can reduce the occurrence of common mode noise in the power conversion circuit 20 and the control circuit 30, similarly to the switching power supply device 10.

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図を参照して説明する。図１１は、本発明の第３の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。 [Third embodiment]
A switching power supply device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a circuit block diagram showing a schematic configuration of a switching power supply device according to a third embodiment of the present invention.

図１１に示すように、第３の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ｂは、第１の実施形態に係るスイッチング電源装置１０に対して、コモンモードチョークコイル５１、５２を備える点で異なる。スイッチング電源装置１０Ｂの他の構成は、スイッチング電源装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。 As shown in FIG. 11, a switching power supply device 10B according to the third embodiment differs from the switching power supply device 10 according to the first embodiment in that it includes common mode choke coils 51 and 52. The other configuration of the switching power supply device 10B is the same as that of the switching power supply device 10, and a description of the similar parts will be omitted.

スイッチング電源装置１０Ｂでは、電力変換回路２０の入力側にコモンモードチョークコイル５１が接続される。コモンモードチョークコイル５１は、直流電源９１とハーフブリッジコンデンサ４１との間に接続される。 In the switching power supply device 10B, a common mode choke coil 51 is connected to the input side of the power conversion circuit 20. Common mode choke coil 51 is connected between DC power supply 91 and half bridge capacitor 41 .

スイッチング電源装置１０Ｂでは、制御回路３０の入力側にコモンモードチョークコイル５２が接続される。コモンモードチョークコイル５２は、直流電源９２とハーフブリッジコンデンサ４２との間に接続される。 In the switching power supply device 10B, a common mode choke coil 52 is connected to the input side of the control circuit 30. Common mode choke coil 52 is connected between DC power supply 92 and half bridge capacitor 42 .

コモンモードチョークコイル５２は、上述の各実施形態に示したコモンモードチョークコイル５０と同様に高インピーダンスを有する。コモンモードチョークコイル５１は、コモンモードチョークコイル５２よりも低いインピーダンスを有する。 The common mode choke coil 52 has high impedance like the common mode choke coil 50 shown in each of the above-described embodiments. Common mode choke coil 51 has a lower impedance than common mode choke coil 52.

このような構成によって、スイッチング電源装置１０Ｂは、電力変換回路２０および制御回路３０のコモンモードノイズの発生をさらに低減できる。また、コモンモードチョークコイル５１のインピーダンスがコモンモードチョークコイル５２のインピーダンスよりも低いことによって、大電力の電力変換側の回路での電力損失を抑制できる。 With such a configuration, the switching power supply device 10B can further reduce the occurrence of common mode noise in the power conversion circuit 20 and the control circuit 30. Further, since the impedance of the common mode choke coil 51 is lower than the impedance of the common mode choke coil 52, power loss in the high power power conversion side circuit can be suppressed.

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係るスイッチング電源装置について、図を参照して説明する。図１２は、本発明の第４の実施形態に係るスイッチング電源装置の概略構成を示す回路ブロック図である。 [Fourth embodiment]
A switching power supply device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a circuit block diagram showing a schematic configuration of a switching power supply device according to a fourth embodiment of the present invention.

図１２に示すように、第４の実施形態に係るスイッチング電源装置１０Ｃは、第１の実施形態にスイッチング電源装置１０に対して、一つの直流電源９１から直流電力を供給される点で異なる。スイッチング電源装置１０Ｃの他の構成は、スイッチング電源装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。 As shown in FIG. 12, a switching power supply device 10C according to the fourth embodiment differs from the switching power supply device 10 of the first embodiment in that DC power is supplied from one DC power supply 91. The other configuration of the switching power supply device 10C is the same as that of the switching power supply device 10, and a description of the similar parts will be omitted.

スイッチング電源装置１０Ｃは、直流電源９１に接続する。コモンモードチョークコイル５０と直流電源９１との間には、降圧回路３９が接続される。降圧回路３９は、例えば、降圧型ＤＣＤＣコンバータである。 The switching power supply device 10C is connected to a DC power supply 91. A step-down circuit 39 is connected between the common mode choke coil 50 and the DC power supply 91. The step-down circuit 39 is, for example, a step-down DC/DC converter.

このような構成によって、スイッチング電源装置１０Ｃは、スイッチング電源装置１０と同様に、電力変換回路２０および制御回路３０のコモンモードノイズの発生を低減できる。また、スイッチング電源装置１０Ｃの構成では、電圧の異なる複数の直流電源を必要とせず、１つの直流電源で、発熱および電力損失を抑制しながら、電力変換回路２０および制御回路３０のコモンモードノイズの発生を低減できる。 With such a configuration, the switching power supply device 10C can reduce the occurrence of common mode noise in the power conversion circuit 20 and the control circuit 30, similarly to the switching power supply device 10. Furthermore, the configuration of the switching power supply device 10C eliminates the need for multiple DC power supplies with different voltages, and uses a single DC power supply to suppress common mode noise of the power conversion circuit 20 and control circuit 30 while suppressing heat generation and power loss. The occurrence can be reduced.

なお、上述の各実施形態の構成は、適宜組み合わせることが可能であり、それぞれの組合せに応じた作用効果を奏することができる。 Note that the configurations of the above-described embodiments can be combined as appropriate, and effects can be achieved depending on the respective combinations.

（１）第１入力コンデンサ、電力変換用スイッチング素子、第１出力コンデンサを備え、第１直流電源から供給された電力を変換して負荷に出力する電力変換回路と、
第２入力コンデンサおよびスイッチング駆動回路を備え、第２直流電源から供給された電力を用いて、前記電力変換用スイッチング素子の駆動信号を生成する、前記電力変換回路に直接電気接続される制御回路と、
前記制御回路の前記第２直流電源側に接続された制御回路側コモンモードチョークコイルと、
前記電力変換回路の前記第１直流電源側に接続された第１ハーフブリッジコンデンサと、
前記制御回路の前記第２直流電源側に接続された第２ハーフブリッジコンデンサと、
を備え、
前記第１ハーフブリッジコンデンサの中点と前記第２ハーフブリッジコンデンサの中点とは、電気接続し、
前記電力変換回路、前記制御回路、前記第１ハーフブリッジコンデンサ、前記第２ハーフブリッジコンデンサ、および、前記制御回路側コモンモードチョークコイルによって構成される閉回路からなり、前記電力変換用スイッチング素子のスイッチング動作により複数の閉回路部分において発生するスイッチングノイズとなるコモンモード電流を閉じ込めて互いに相殺するノイズ平衡回路を形成する、スイッチング電源装置。 (1) A power conversion circuit that includes a first input capacitor, a power conversion switching element, and a first output capacitor, converts power supplied from a first DC power source, and outputs the converted power to a load;
a control circuit directly electrically connected to the power conversion circuit, including a second input capacitor and a switching drive circuit, and generating a drive signal for the power conversion switching element using power supplied from a second DC power supply; ,
a control circuit side common mode choke coil connected to the second DC power supply side of the control circuit;
a first half-bridge capacitor connected to the first DC power supply side of the power conversion circuit;
a second half-bridge capacitor connected to the second DC power supply side of the control circuit;
Equipped with
a midpoint of the first half-bridge capacitor and a midpoint of the second half-bridge capacitor are electrically connected;
The closed circuit includes the power conversion circuit, the control circuit, the first half-bridge capacitor, the second half-bridge capacitor, and the common mode choke coil on the control circuit side, and is configured to switch the power conversion switching element. A switching power supply device that forms a noise balancing circuit that confines the common mode current that becomes switching noise generated in multiple closed circuit parts during operation and cancels each other out.

（２）前記制御回路側コモンモードチョークコイルは、前記第２直流電源と前記第２ハーフブリッジコンデンサとの間に接続される、（１）のスイッチング電源装置。 (2) The switching power supply device according to (1), wherein the control circuit side common mode choke coil is connected between the second DC power supply and the second half-bridge capacitor.

（３）前記制御回路側コモンモードチョークコイルは、前記第２ハーフブリッジコンデンサと前記制御回路との間に接続される、（１）または（２）のスイッチング電源装置。 (3) The switching power supply device according to (1) or (2), wherein the control circuit side common mode choke coil is connected between the second half bridge capacitor and the control circuit.

（４）前記制御回路は、絶縁コンバータ、および、複数ある前記スイッチング駆動回路を備え、
前記複数あるスイッチング駆動回路の負極は、複数の前記電力変換用スイッチング素子のソース電位に接続される、（１）乃至（３）のいずれかのスイッチング電源装置。 (4) The control circuit includes an isolated converter and a plurality of the switching drive circuits,
The switching power supply device according to any one of (1) to (3), wherein the negative electrode of the plurality of switching drive circuits is connected to the source potential of the plurality of power conversion switching elements.

（５）前記第１直流電源と前記第１ハーフブリッジコンデンサとの間に接続される電力変換回路側コモンモードチョークコイルを備える、（１）乃至（４）のいずれかのスイッチング電源装置。 (5) The switching power supply device according to any one of (1) to (4), including a power conversion circuit side common mode choke coil connected between the first DC power supply and the first half-bridge capacitor.

（６）前記第１直流電源の電圧は、前記第２直流電源の電圧よりも高い、（１）乃至（５）のいずれかのスイッチング電源装置。 (6) The switching power supply device according to any one of (1) to (5), wherein the voltage of the first DC power supply is higher than the voltage of the second DC power supply.

（７）前記第２直流電源の負極はアース電位に接続する、（１）乃至（６）のいずれかのスイッチング電源装置。 (7) The switching power supply device according to any one of (1) to (6), wherein the negative electrode of the second DC power supply is connected to a ground potential.

（８）前記第１直流電源の正極および負極は、前記アース電位に対して電気的に絶縁されている、（７）のスイッチング電源装置。 (8) The switching power supply device according to (7), wherein the positive electrode and the negative electrode of the first DC power source are electrically insulated from the ground potential.

（９）前記ノイズ平衡回路、前記第１直流電源、および、前記第２直流電源は、車両に搭載されており、
前記アース電位は、前記車両のシャーシと同電位である、（７）または（８）のスイッチング電源装置。 (9) The noise balancing circuit, the first DC power supply, and the second DC power supply are mounted on a vehicle,
The switching power supply device according to (7) or (8), wherein the ground potential is the same potential as the chassis of the vehicle.

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：スイッチング電源装置
２０：電力変換回路
３０：制御回路
３９：降圧回路
４１、４２：ハーフブリッジコンデンサ
５０、５１、５２：コモンモードチョークコイル
９１、９２：直流電源
９９：負荷
３１１、３２１：ゲートドライバＩＣ
３１２、３２２：絶縁コンバータ 10, 10A, 10B, 10C: Switching power supply device 20: Power conversion circuit 30: Control circuit 39: Step-down circuit 41, 42: Half bridge capacitors 50, 51, 52: Common mode choke coils 91, 92: DC power supply 99: Load 311, 321: Gate driver IC
312, 322: Isolated converter

Claims

a power conversion circuit that includes a first input capacitor, a power conversion switching element, and a first output capacitor, converts power supplied from a first DC power source and outputs the converted power to a load;
a control circuit directly electrically connected to the power conversion circuit, including a second input capacitor and a switching drive circuit, and generating a drive signal for the power conversion switching element using power supplied from a second DC power supply; ,
a control circuit side common mode choke coil connected to the second DC power supply side of the control circuit;
a first half-bridge capacitor connected to the first DC power supply side of the power conversion circuit;
a second half-bridge capacitor connected to the second DC power supply side of the control circuit;
Equipped with
a midpoint of the first half-bridge capacitor and a midpoint of the second half-bridge capacitor are electrically connected;
The closed circuit includes the power conversion circuit, the control circuit, the first half-bridge capacitor, the second half-bridge capacitor, and the common mode choke coil on the control circuit side, and is configured to switch the power conversion switching element. Forms a noise balancing circuit that confines the common mode current that becomes switching noise generated in multiple closed circuit parts due to operation and cancels each other out.
Switching power supply.

The control circuit side common mode choke coil is connected between the second DC power supply and the second half-bridge capacitor.
The switching power supply device according to claim 1.

The control circuit side common mode choke coil is connected between the second half bridge capacitor and the control circuit.
The switching power supply device according to claim 1 or claim 2.

The control circuit includes an isolated converter and a plurality of the switching drive circuits,
Negative electrodes of the plurality of switching drive circuits are connected to source potentials of the plurality of power conversion switching elements,
The switching power supply device according to claim 1 or claim 2.

a power conversion circuit side common mode choke coil connected between the first DC power supply and the first half-bridge capacitor;
The switching power supply device according to claim 1 or claim 2.

The voltage of the first DC power supply is higher than the voltage of the second DC power supply.
The switching power supply device according to claim 1 or claim 2.

a negative electrode of the second DC power source is connected to ground potential;
The switching power supply device according to claim 1 or claim 2.

A positive electrode and a negative electrode of the first DC power source are electrically insulated with respect to the ground potential,
The switching power supply device according to claim 7.

The noise balancing circuit, the first DC power supply, and the second DC power supply are mounted on a vehicle,
the ground potential is the same potential as the chassis of the vehicle;
The switching power supply device according to claim 7.