JP4012205B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は電源装置に関し、特にその出力に現れるノイズを減少させる技術に関する。

従来、種々のシステムに組み込まれて直流電源として使用される電源装置が知られている。このような電源装置は、種々の部品が搭載された配線基板からなる電源基板を、例えばボックス状に形成された板金ケースに収納し、この板金ケースに固着されたセルフスタッドに基板固定ネジで固定することにより構成されている。

そして、電源基板に形成されたグランドパターンは、この基板固定ネジとセルフスタッドを通して板金ケースに接続されている。また、板金ケースは、システムの筐体にネジで固定されている。そして、電源装置の出力は、システムの制御基板に供給される。

図４は、このような従来の電源装置の電気的な構成例を示す回路図である。この電源装置では、第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２との間に入力された直流電圧（ＤＣ入力）が所定の直流電圧に変換され、ＤＣ出力として第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２との間から出力される。

この電源装置は、第１ラインバイパスコンデンサＣ１、第２ラインバイパスコンデンサＣ２、第３ラインバイパスコンデンサＣ３、第４ラインバイパスコンデンサＣ４、第１チョークコイルＬ１、第２チョークコイルＬ２およびＤＣ／ＤＣコンバータ１から構成されている。

第１入力端子ＩＮ１は、第１ラインバイパスコンデンサＣ１の一方の端子に接続されるとともに、第１チョークコイルＬ１を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１の一方の入力端子に接続されている。第２入力端子ＩＮ２は、第２ラインバイパスコンデンサＣ２の一方の端子に接続されるとともに、第１チョークコイルＬ１を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１の他方の入力端子に接続されている。第１ラインバイパスコンデンサＣ１の他方の端子および第２ラインバイパスコンデンサＣ２の他方の端子は、板金ケース（フレームグランド）に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、第１入力端子ＩＮ１および第２入力端子ＩＮ２から第１チョークコイルＬ１を経由して入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する。このＤＣ／ＤＣコンバータ１の一方の出力端子は、第２チョークコイルＬ２を介して第１出力端子ＯＵＴ１に接続され、他方の出力端子は、第２チョークコイルＬ２を介して第２出力端子ＯＵＴ２に接続されている。

さらに、第１出力端子ＯＵＴ１には、第３ラインバイパスコンデンサＣ３の一方の端子が接続され、第２出力端子ＯＵＴ２には、第４ラインバイパスコンデンサＣ４の一方の端子が接続されており、これら第３ラインバイパスコンデンサＣ３の他方の端子および第４ラインバイパスコンデンサＣ４の他方の端子は、板金ケース（フレームグランド）に接続されている。

上記のように構成される従来の電源装置においては、入力側に配置された第１ラインバイパスコンデンサＣ１、第２ラインバイパスコンデンサＣ２および第１チョークコイルＬ１から構成されるフィルタによって、第１入力端子ＩＮ１および第２入力端子ＩＮ２から入力されるノイズが除去されるとともに、出力側に配置された第３ラインバイパスコンデンサＣ３、第４ラインバイパスコンデンサＣ４および第２チョークコイルＬ２から構成されるフィルタによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１から出力されるノイズが除去される。

図５は、従来の他の電源装置の電気的な構成例を示す回路図である。この電源装置では、第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２との間に入力された交流電圧が所定の直流電圧に変換され、第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２との間から出力される。

この電源装置は、図４に示した電源装置の第１チョークコイルＬ１とＤＣ／ＤＣコンバータ１との間に、整流平滑回路３および第５ラインバイパスコンデンサＣ３１および第６ラインバイパスコンデンサＣ３２が追加されて構成されている。整流平滑回路３は、第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２との間に入力された交流電圧をダイオードブリッジ回路ＤＢによって整流し、さらに平滑コンデンサＣ２０によって平滑化して出力する。この整流平滑回路３の出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に送られる。Ｙキャパシタとして配置された第５ラインバイパスコンデンサＣ３１および第６ラインバイパスコンデンサＣ３２は、整流平滑回路３の出力からノイズを除去する。

また、従来の技術に関連した技術として、特許文献１がある。この特許文献１に記載された電源装置は、交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、整流平滑された直流電力をスイッチング素子を用いて商用周波数よりも高い周波数にて断続させ、整流平滑することにより、直流電力を所定の負荷に供給する電源装置において、スイッチング動作により発生する雑音が、商用電源に帰還するのを防止するために、商用ラインと整流素子との間にフィルタ手段を有し、フィルタ手段は雷等の外来雑音により発生する一過性の過電圧を防止する過電圧防止手段を有する。

また、従来の技術に関連した技術として、特許文献２がある。この特許文献２に記載されたスイッチングレギュレータは、転流ダイオードと可飽和リアクトルとを直列に接続した直列回路と、この直列回路に対して並列に接続したＣＲスナバ回路からなるノイズ吸収回路を備えたスイッチングレギュレータにすることにより、ダイオードからのリカバリー電流を吸収し、ノイズ低減や電源効率を向上させるものである。
特開２００３−１１６２６７号公報 特開平１０−２６２３７１号公報

しかしながら、上述した従来の電源装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１や回路部品といったノイズ源で発生されたノイズは、電源装置の板金ケース（フレームグランド）に流れるので、この板金ケースに接続されたシステムの筐体に流れることになり、そのシステムの制御基板にノイズが乗るという問題がある。このノイズは、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側、例えば表示装置に出力されるため、Ｓ／Ｎの悪化した画像が表示されてしまう。

一方、特許文献１では、高周波ノイズの商用電源側への伝導を防止するものの、図４に示すような制御基板に乗ったノイズを低減することはできない。また、特許文献２では、ダイオードからのリカバリー電流によるノイズを低減するものの、図４に示すような制御基板に乗ったノイズを低減することはできない。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、出力に現れるノイズを低減できる電源装置を提供することにある。

本発明に係る電源装置は、上記課題を達成するために、第１入力端子および第２入力端子間に接続され、第１ラインバイパスコンデンサと第２ラインバイパスコンデンサとが直列に接続され且つ前記第１ラインバイパスコンデンサと前記第２ラインバイパスコンデンサとの接続点が接地された第１直列回路と、第１コイルを介して前記第１および第２入力端子に接続され、前記第１および第２入力端子間に入力された電圧を他の大きさの電圧に変換するとともにノイズを発生するノイズ源回路と、前記ノイズ源回路の入力端子間に接続され、第１コンデンサと第２コンデンサとが直列に接続された第２直列回路と、前記ノイズ源回路の出力端子間に接続され、第３コンデンサと第４コンデンサとが直列に接続された第３直列回路と、第２コイルを介して前記ノイズ源回路の出力端子間に接続され、第３ラインバイパスコンデンサと第４ラインバイパスコンデンサとが直列に接続され且つ前記第３ラインバイパスコンデンサと前記第４ラインバイパスコンデンサとの接続点が接地された第４直列回路と、前記ノイズ源回路、前記第１直列回路乃至前記第４直列回路、前記第１コイルおよび前記第２コイルが搭載された基板と、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点と前記第３コンデンサおよび前記第４コンデンサの接続点とを前記基板の外で接続する非接地のメタルプレートとを備えたことを特徴とする。

本発明に係る電源装置によれば、ノイズ源回路で発生されたノイズは、出力側に配置された第３コンデンサおよび第４コンデンサの接続点から非接地のメタルプレートを経由して入力側に配置された第１コンデンサおよび第２コンデンサの接続点にフィードバックされる。

従って、ノイズ源回路で発生されたノイズは、閉回路でループすることになって出力に伝達される量が減少するので、電源装置から出力されるノイズを低減させることができる。また、第１コンデンサおよび第２コンデンサの接続点と第３コンデンサおよび第４コンデンサの接続点とを接続するメタルプレートを、基板とは独立して設けたので、沿面距離を十分に確保でき、種々の規格に対応できる。

以下、本発明の実施例に係る電源装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術の欄で説明した従来の電源装置の構成と同一または相当部分には、従来の電源装置の説明で使用した符号と同一の符号を付して説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る電源装置の構造を概略的に示す側断面図である。この電源装置は、筐体を構成するボックス状の板金ケース１０に、電源基板２０およびメタルプレート２が収納されて構成されている。

電源基板２０は、板金ケース１０の内部の底面に固着された導電性部材からなるセルフスタッド４１に、基板固定ネジ４２によってネジ止めされている。電源基板２０は、例えば印刷配線板から構成されており、板金ケース１０の外部から引き込まれた入力ケーブル２１が接続されるとともに、板金ケース１０の外部へ引き出された出力ケーブル２２が接続されている。

また、電源基板２０上には、第１ラインバイパスコンデンサＣ１、第２ラインバイパスコンデンサＣ２、第３ラインバイパスコンデンサＣ３、第４ラインバイパスコンデンサＣ４、第１コンデンサＣ１１、第２コンデンサＣ１２、第３コンデンサＣ１３、第４コンデンサＣ１４、第１チョークコイルＬ１、第２チョークコイルＬ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１といった電子部品が搭載されている。この電源基板２０に形成されたグランドパターン（図示しない）は、基板固定ネジ４２およびセルフスタッド４１を介して板金ケース１０に電気的に接続されている。

メタルプレート２は、板金ケース１０とは電気的に絶縁されており、導電性のスペーサ４３を介して電源基板２０にプレート固定ネジ４４によってネジ止めされている。メタルプレート２は、例えば厚さ１ｍｍ程度であって電源基板２０の面と略同じ大きさの面を有する導電性部材、例えば鋼板によって構成されている。また、スペーサ４３の長さは、電源基板２０とメタルプレート２の距離が、安全規格によって決定される所定値となるように決定されている。

詳細は後述するが、第１コンデンサＣ１１および第２コンデンサＣ１２の接続点と、第３コンデンサＣ１３および第４コンデンサＣ１４の接続点とは、プレート固定ネジ４４、スペーサ４３およびメタルプレート２を介して電気的に接続されている。

次に、上記のように構成される実施例１に係る電源装置の電気的な構成を説明する。図２は、この実施例１に係る電源装置の電気的な構成を示す回路図である。この電源装置では、入力ケーブル２１から第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２との間に入力された直流電圧（ＤＣ入力）が所定の直流電圧に変換され、ＤＣ出力として第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２との間から出力ケーブル２２を介して出力される。

この電源装置は、第１ラインバイパスコンデンサＣ１、第２ラインバイパスコンデンサＣ２、第３ラインバイパスコンデンサＣ３、第４ラインバイパスコンデンサＣ４、第１コンデンサＣ１１、第２コンデンサＣ１２、第３コンデンサＣ１３、第４コンデンサＣ１４、第１チョークコイルＬ１、第２チョークコイルＬ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１およびメタルプレート２から構成されている。

第１入力端子ＩＮ１は、第１ラインバイパスコンデンサＣ１の一方の端子に接続されるとともに、第１チョークコイルＬ１を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１の一方の入力端子に接続されている。第２入力端子ＩＮ２は、第２ラインバイパスコンデンサＣ２の一方の端子に接続されるとともに、第１チョークコイルＬ１を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１の他方の入力端子に接続されている。第１ラインバイパスコンデンサＣ１の他方の端子および第２ラインバイパスコンデンサＣ２の他方の端子は、板金ケース１０（フレームグランド）に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力端子間には、直列に接続された第１コンデンサＣ１１と第２コンデンサＣ１２とからなる第１直列回路が接続されている。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の一方の入力端子には、第１コンデンサＣ１１の一方の端子が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の他方の入力端子には、第２コンデンサＣ１２の一方の端子が接続され、第１コンデンサＣ１１の他方の端子および第２コンデンサＣ１２の他方の端子は、メタルプレート２に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、本発明のノイズ源回路に対応し、第１入力端子ＩＮ１および第２入力端子ＩＮ２から第１チョークコイルＬ１を経由して入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する。このＤＣ／ＤＣコンバータ１の一方の出力端子は、第２チョークコイルＬ２を経由して第１出力端子ＯＵＴ１に接続され、他方の出力端子は、第２チョークコイルＬ２を経由して第２出力端子ＯＵＴ２に接続されている。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力端間には、直列に接続された第３コンデンサＣ１３と第４コンデンサＣ１４とからなる第２直列回路が接続されている。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の一方の出力端子には、第３コンデンサＣ１３の一方の端子が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の他方の出力端子には、第４コンデンサＣ１４の一方の端子が接続され、第３コンデンサＣ１３の他方の端子および第４コンデンサＣ１４の他方の端子は、メタルプレート２に接続されている。

さらに、第１出力端子ＯＵＴ１には、第３ラインバイパスコンデンサＣ３の一方の端子が接続され、第２出力端子ＯＵＴ２には、第４ラインバイパスコンデンサＣ４の一方の端子が接続されており、これら第３ラインバイパスコンデンサＣ３の他方の端子および第４ラインバイパスコンデンサＣ４の他方の端子は、板金ケース１０（フレームグランド）に接続されている。

上記のように構成される本発明の実施例１に係る電源装置においては、従来の電源装置と同様に、入力側に配置された第１ラインバイパスコンデンサＣ１、第２ラインバイパスコンデンサＣ２および第１チョークコイルＬ１から構成されるフィルタによって入力ケーブル２１から入力されるノイズが除去されるとともに、出力側に配置された第３ラインバイパスコンデンサＣ３、第４ラインバイパスコンデンサＣ４および第２チョークコイルＬ２から構成されるフィルタによって出力ケーブル２２に出力されるノイズが除去される。

さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１で発生されたノイズは、図２に矢印で示すように、第３コンデンサＣ１３および第４コンデンサＣ１４の接続点からメタルプレート２を経由して入力側に配置された第１コンデンサＣ１１および第２コンデンサＣ１２の接続点にフィードバックされる。

従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１で発生されたノイズは、閉回路でループすることになって、第１出力端子ＯＵＴ１および第２出力端子ＯＵＴ２に伝達される量が減少する。従って、電源装置から出力されるノイズを低減させることができる。

なお、上記の構成において、メタルプレート２の代わりに、電源基板２０に配線パターンを形成し、第１コンデンサＣ１１および第２コンデンサＣ１２の接続点と、第３コンデンサＣ１３および第４コンデンサＣ１４の接続点とを結ぶように構成することも考えられる。しかし、この構成の場合には、取り扱う電圧によっては、沿面距離を十分に確保することができずに所定の規格を満足できない場合が発生する。

これに対し、上述した実施例１に係る電源装置によれば、第１コンデンサＣ１１および第２コンデンサＣ１２の接続点と、第３コンデンサＣ１３および第４コンデンサＣ１４の接続点とを結ぶ導体を、電源基板２０とは独立して設けるように構成したので、沿面距離を十分に確保することができ、種々の規格に対応することができる。

なお、上述した実施例１に係る電源装置では、直流電力が入力される場合について説明したが、交流電力が入力される場合も、上記と同様の構成で、電源装置から出力されるノイズを低減させることができる。

図３は、交流電力を入力する電源装置の電気的な構成を示す回路図である。この電源装置では、入力ケーブル２１から第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２との間に入力された交流電力（ＡＣ入力）が所定の直流電圧に変換され、ＤＣ出力として第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２との間から出力ケーブル２２を介して出力される。

この電源装置は、図２に示した実施例１に係る電源装置の第１チョークコイルＬ１とＤＣ／ＤＣコンバータ１との間に、整流平滑回路３が追加されて構成されている。整流平滑回路３は、第１入力端子ＩＮ１と第２入力端子ＩＮ２との間に入力された交流電圧をダイオードブリッジ回路ＤＢによって整流し、平滑コンデンサＣ２０によって平滑化して出力する。この整流平滑回路３の出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に送られる。

上記のように構成される電源装置においては、従来の電源装置と同様に、入力側に配置された第１ラインバイパスコンデンサＣ１、第２ラインバイパスコンデンサＣ２および第１チョークコイルＬ１から構成されるフィルタによって入力ケーブル２１から入力されるノイズが除去するとともに、出力側に配置された第３ラインバイパスコンデンサＣ３、第４ラインバイパスコンデンサＣ４および第２チョークコイルＬ２から構成されるフィルタによって出力ケーブル２２に出力されるノイズが除去される。

さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１で発生されたノイズは、図３に矢印で示すように、第３コンデンサＣ１３および第４コンデンサＣ１４からメタルプレート２を経由して入力側に配置された第１コンデンサＣ１１および第２コンデンサＣ１２にフィードバックされる。

従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１で発生されたノイズは、閉回路でループすることになって第１出力端子ＯＵＴ１および第２出力端子ＯＵＴ２に伝達される量が減少する。従って、電源装置から出力されるノイズを低減させることができる。

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等のスイッチング電源に適用可能である。

本発明の実施例１に係る電源装置の構造を概略的に示す側断面図である。 本発明の実施例１に係る電源装置の電気的な構成を示す回路図である。 本発明の実施例１の変形例に係る電源装置の電気的な構成を示す回路図である。 従来の電源装置の電気的な構成例を示す回路図である。 従来の他の電源装置の電気的な構成例を示す回路図である。

符号の説明

１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２ メタルプレート
３ 整流平滑回路
５ 第１直列回路
６ 第２直列回路
Ｃ１〜Ｃ４ 第１〜第４ラインバイパスコンデンサ
Ｃ１１〜Ｃ１４ 第１〜第４コンデンサ
Ｌ１ 第１チョークコイル
Ｌ２ 第２チョークコイル
１０ 板金ケース
２０ 電源基板
２１ 入力ケーブル
２２ 出力ケーブル
４１ セルフスタッド
４２ 基板固定ネジ
４３ スペーサ
４４ プレート固定ネジ

Claims (3)

1. 第１入力端子および第２入力端子間に接続され、第１ラインバイパスコンデンサと第２ラインバイパスコンデンサとが直列に接続され且つ前記第１ラインバイパスコンデンサと前記第２ラインバイパスコンデンサとの接続点が接地された第１直列回路と、
   第１コイルを介して前記第１および第２入力端子に接続され、前記第１および第２入力端子間に入力された電圧を他の大きさの電圧に変換するとともにノイズを発生するノイズ源回路と、
   前記ノイズ源回路の入力端子間に接続され、第１コンデンサと第２コンデンサとが直列に接続された第２直列回路と、
   前記ノイズ源回路の出力端子間に接続され、第３コンデンサと第４コンデンサとが直列に接続された第３直列回路と、
   第２コイルを介して前記ノイズ源回路の出力端子間に接続され、第３ラインバイパスコンデンサと第４ラインバイパスコンデンサとが直列に接続され且つ前記第３ラインバイパスコンデンサと前記第４ラインバイパスコンデンサとの接続点が接地された第４直列回路と、
   前記ノイズ源回路、前記第１直列回路乃至前記第４直列回路、前記第１コイルおよび前記第２コイルが搭載された基板と、
   前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点と前記第３コンデンサおよび前記第４コンデンサの接続点とを前記基板の外で接続する非接地のメタルプレートと、
   を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 前記第１および第２入力端子間に入力される電圧は、直流電圧であり、前記ノイズ源回路は、前記直流電圧を他の大きさの直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータからなることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記第１および第２入力端子間に入力される電圧は、交流電圧であり、
   前記第１コイルおよび前記ノイズ源回路間に接続され、前記交流電圧を直流電圧に変換する整流平滑回路を備え、
   前記ノイズ源回路は、前記整流平滑回路から得られた直流電圧を他の大きさの直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータからなることを特徴とする請求項１記載の電源装置。

Images