JP5826024B2 - Noise reduction circuit - Google Patents

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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。   The present invention relates to a noise reduction circuit for a power supply and the like, and more particularly to a noise reduction circuit for an in-vehicle power supply.

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。   In recent years, with the aim of realizing a safer, more reliable, and more comfortable car, electric devices are being mounted on the car. In particular, control by electric equipment is important in hybrid vehicles and electric vehicles.

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。   Electromagnetic noise is radiated from such automotive electronic devices. Accordingly, an electromagnetic shield is used for spatial propagation and an EMI (Electro Magnetic Interference) filter is used for conductor propagation, corresponding to the noise propagation path.

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)。   For example, in the in-vehicle power supply circuit 100, as shown in FIG. 8, an EMI filter 12 is provided between the transformer 10 and the output terminal Tout (see Non-Patent Documents 1 and 2).

「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"EMC countermeasures for automobiles", Trikeps, Hidetoshi Yamamoto, "Chapter 7 EMC countermeasure parts for in-vehicle electronic devices", 2008 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)Yuichi Mabuchi, “Study of power supply common mode current generation mechanism and reduction method of electronic equipment with wire harness connected” IEICE Transactions 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。   By the way, the midpoint M on the secondary side of the transformer 10 is grounded to the conductor case 14 and the vehicle body 16 of the power supply circuit 100, but there is a high-frequency potential difference between these reference potential and the output terminal Tout. A high-frequency current flows through the load 102. That is, the conventional filter cannot sufficiently reduce the high-frequency current that flows out of the power supply circuit 100 and causes noise.

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。   One aspect of the present invention includes a conductive case that houses a power supply circuit, and a first power supply circuit connected between a positive wiring and a negative wiring of the power supply circuit in the case and connected in series to each other. 1 capacitor Cp and 2nd capacitor Cn, a first inductance Lp connected between a connection point of the positive-side wiring and the first capacitor, and an output terminal of the power supply circuit, and the negative A second inductance Ln connected between a connection point of the wiring on the side and the second capacitor and a ground point to the case, and the first capacitor Cp and the second capacitor Cn Is connected to the case, and the output terminal and the grounding point are connected via a third capacitor Cb. The first capacitor Cp, the second capacitor Cn, the first capacitor Inductor p and the bridge circuit is constituted by the second inductor Ln, the noise reduction circuit, characterized in that it consists relationship schematic LpCp = LnCn.

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。   Here, it is preferable that the grounding point is provided only in the vicinity of the output terminal.

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。   In the noise reduction circuit, the first inductor Lp and the second inductor Ln are 0.1 μH or more and 20 μH or less, and the first capacitor Cp and the second capacitor Cn are 1 nF or more and 10 nF or less. Preferably it is.

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。   In addition, a transformer in which the positive wiring and the negative wiring are connected to a secondary winding is provided, and an AC voltage having a frequency of 50 kHz to 300 kHz is applied to the primary winding of the transformer. Is preferred.

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。   Such a noise reduction circuit includes a step-down DC-DC converter and can be applied to an in-vehicle power supply circuit mounted on a vehicle.

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。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the noise reduction circuit of the power supply which can suppress high frequency electromagnetic noise effectively can be implement | achieved.

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。It is a figure which shows the structure of the power supply circuit in embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows the equivalent circuit of the noise reduction circuit in embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows the noise reduction effect in embodiment of this invention. 従来の電源回路における接地方法を説明する図である。It is a figure explaining the grounding method in the conventional power supply circuit. 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。It is a figure explaining the grounding method of the power supply circuit in embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows the specific example of the grounding method of the power supply circuit in embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows the example of the grounding method of the power supply circuit in embodiment of this invention. 従来の電源回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional power supply circuit.

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。   The power supply circuit 200 according to the embodiment of the present invention includes a transformer 20, rectifier diodes 22a and 22b, a filter circuit 24, and a case 26 as shown in FIG. The power supply circuit 200 is mounted on the vehicle and used to supply power to a load 202 inside and outside the vehicle.

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。   Note that although an example of an insulating DC-DC converter is shown as the power supply circuit 200 in this embodiment, the scope of application of the present invention is not limited to this.

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。   A semiconductor switch (for example, IGBT, power MOSFET, etc .: not shown) is connected to the primary side of the transformer 20, and an AC voltage is applied to the transformer 20 by an inverter circuit constituted by these semiconductor switches. On the secondary side of the transformer 20, a rectifier circuit and a filter circuit 24 including rectifier diodes 22a and 22b are connected. By these circuits, the AC voltage appearing on the secondary side of the transformer 20 is rectified and converted into a DC voltage and output from the output terminal Tout.

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。   In FIG. 1, the high-frequency current flowing from the point A to the point B via the vehicle body 204 can be suppressed by making the point A and the point B substantially the same potential in terms of high frequency. The point B is directly connected to the output terminal Tout of the power supply circuit 200, and is connected to electronic components disposed throughout the vehicle. Therefore, it is possible to reduce the loop current that causes high-frequency noise radiation.

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。   Note that substantially the same potential means that the high-frequency noise generated from the power supply circuit 200 is within a range of potential difference that does not adversely affect other electronic devices. In the on-vehicle power supply circuit 200, the potential difference is 30 μV or less, preferably 3 μV or less.

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。   The filter circuit 24 serves as a low-pass filter for the output, and reduces noise without increasing the number of components by balancing the impedance of the output lines.

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。   The filter circuit 24 can be equivalently represented as a bridge circuit shown in FIG. The voltage source Vd in FIG. 2 is a noise source and corresponds to the rectifier diodes 22a and 22b in FIG. Specifically, the counter electromotive force generated in the parasitic inductance inside Vd by the reverse recovery current that instantaneously flows when the rectifier diodes 22a and 22b are switched becomes the voltage source Vd.

以下、A点とB点とを同電位とする方法について示す。   Hereinafter, a method of setting the A point and the B point to the same potential will be described.

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。   By the filter circuit 24, the output positive-side wiring is directly connected to the external circuit (external load 202), and the negative-side wiring is connected to the conductive case 26 as close as possible to the output terminal Tout. A capacitor Cb is inserted between the positive-side wiring and the negative-side wiring in the vicinity of the output terminal Tout, and the two wirings are short-circuited in the vicinity of the output terminal Tout at high frequency. This capacitor Cb short-circuits between the wirings at a high frequency, and also plays a role of reducing output ripple of the rectifier circuit. Therefore, it is preferable that the capacitor Cb has a sufficient frequency characteristic and sufficient capacitance for ripple reduction. For example, as the capacitor Cb, two types of capacitors having different characteristics such as a chip capacitor and a film capacitor may be used in combination.

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。

Figure 0005826024
Here, the potential at the point B from the equivalent circuit of FIG. 2 is expressed as Equation (1).
Figure 0005826024

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。

Figure 0005826024
Therefore, in order to make the point A and the point B substantially the same potential, the relationship of Expression (2) may be established.
Figure 0005826024

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。   Since the expression (2) does not include the frequency term (jω), the voltage value does not depend on the frequency if the bridge equivalent circuit of FIG. 2 is ideally configured. However, if there is a parasitic capacitor in the inductors Lp and Ln, or if there is a parasitic inductor in the capacitors Cp and Cn, the potential at the point B becomes frequency dependent, and a sufficient noise reduction effect in a desired frequency band. May not be obtained.

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。   For example, the basic operating frequency (carrier frequency) of a step-down DC-DC converter mounted on a hybrid vehicle is about 50 kHz to 300 kHz. In this frequency band, suitable inductors Lp and Lc are 0.1 μH or more and 20 μH or less, and capacitors Cp and Cn are 1 nF or more in order to reduce the ripple of the output signal and reduce noise in the AM radio band and FM radio band. 10 nF or less.

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。   FIG. 3 shows a result of measuring the potential difference Vcpn in the balanced state and the imbalanced state of the bridge equivalent circuit in the power supply circuit 200 according to the present embodiment. As apparent from FIG. 3, the potential difference Vcpn can be reduced in the frequency band from 60 MHz to 120 MHz by balancing the bridge equivalent circuit.

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。   Further, in the prior art, as shown in FIG. 4, a configuration in which a plurality of ground points GND are provided from the output negative side wiring to the conductive case 26 has been adopted. On the other hand, in the power supply circuit 200 according to the present embodiment, it is preferable to match the output negative side wiring with the potential of the case 26 in order to make the effect of noise reduction remarkable, as shown in FIG. It is preferable that the negative wiring 28 and the case 26 are grounded at one point of the ground point X. Further, it is preferable to short-circuit the negative wiring 28 and the case 26 in the vicinity of the output terminal Tout. The negative wiring 28 is preferably arranged so as to have a parasitic inductance value of 1 nH or less so that the impedance becomes a sufficiently low value (1Ω or less) even in the FM radio band.

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。   Specifically, as shown in FIG. 6A, the case 26 is divided into a lid 26a and a main body 26b, and the negative wiring 28 of the substrate 30 of the power supply circuit 200 and the main body 26b of the case 26 are electrically conductive. Connect with the negative plate 32. Furthermore, the conductive positive side plate 36 is drawn out from the positive side wiring 34 of the substrate 30 so as to cover at least a part of the negative side plate 32 and is used as the output terminal Tout. At this time, as shown in FIG. 6B, the main body 26b of the case 26 is provided with a fixing portion (screw hole) 38 for fixing the negative side plate 32 with a screw or the like.

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。   Further, as shown in FIG. 7A, the negative wiring 28 of the substrate 30 of the power supply circuit 200 and the main body 26b of the case 26 are connected by a conductive negative plate 32, and further a conductive cover plate. 40 may be configured to cover the positive side plate 36. At this time, as shown in FIG. 7B, the main body 26b of the case 26 may be provided with two fixing portions (screw holes) 38 for fixing the negative side plate 32 with screws or the like.

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。   As described above, according to the power supply circuit in the present embodiment, the noise voltage caused by the inrush current (reverse recovery current, etc.) of the rectifier diode is induced at the output terminal by the balance circuit including the bridge of the capacitor and the inductor. Can be prevented. Further, since the output terminal has the same potential as the case in terms of high frequency, it is possible to suppress high frequency current in the wiring connecting the output terminal and the load. Moreover, the high frequency current which flows into the vehicle body between the load and the power supply circuit can also be suppressed.

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。   10 transformer, 12 filter, 14 conductor case, 16 vehicle body, 20 transformer, 22a, 22b rectifier diode, 24 filter circuit, 26 case, 100, 200 power supply circuit, 102, 202 load, 204 vehicle body.

Claims (5)

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。
A conductive case that houses the power circuit;
A first capacitor Cp and a second capacitor Cn connected in series between the positive and negative wirings of the power supply circuit in the case;
A first inductance Lp connected between a connection point between the positive-side wiring and the first capacitor and an output terminal of the power supply circuit;
A second inductance Ln connected between a connection point between the negative wiring and the second capacitor and a ground point to the case;
With
A connection point between the first capacitor Cp and the second capacitor Cn is grounded to the case,
The output terminal and the grounding point are connected via a third capacitor Cb,
The first capacitor Cp, the second capacitor Cn, the first inductor Lp, and the second inductor Ln constitute a bridge circuit, and a relationship of approximately LpCp = LnCn is established. Reduction circuit.
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。
The noise reduction circuit according to claim 1,
The noise reduction circuit, wherein the grounding point is provided only in the vicinity of the output terminal.
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。
The noise reduction circuit according to claim 1 or 2,
The first inductor Lp and the second inductor Ln are 0.1 μH or more and 20 μH or less,
The noise reduction circuit, wherein the first capacitor Cp and the second capacitor Cn are 1 nF to 10 nF.
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。
The noise reduction circuit according to claim 3,
The positive side wiring and the negative side wiring comprise a transformer connected to a secondary winding,
An AC voltage having a frequency of 50 kHz to 300 kHz is applied to the primary winding of the transformer.
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。
A noise reduction circuit according to any one of claims 1 to 4,
A noise reduction circuit including a step-down DC-DC converter and mounted on a vehicle.
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