JPH0433361A - 混成集積回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は電力アクティブ・フィルタを絶縁金属基板上に
実装する混成集積回路装置に関し、詳細には、スイッチ
ング動作に基づく絶縁金属基板から外部構造への漏れ電
流が抑制されるアクティブ−フィルタを実装した混成集
積回路装置に関する。

（ロ）従来の技術 近年、整流電源のノイズ対策の点からアクティブ・フィ
ルタが注目されている。−船釣なアクティブ・フィルタ
を第６図を参照して説明する。

アクティブ・フィルタはダイオードＤ１〜Ｄ４からなる
ブリッジ整流回路、このブリッジ整流回路の又流入力端
子と電圧Ｖ　６６で示される商用交流電源間に接続され
るリアクタし、ブリッジ整流回路の対の直流出力端子間
に並列接続されるトランジスタＱ、ブリッジ整流回路の
直流出力を平滑するコンデンサＣ１、ブリッジ整流回路
の直流出力端子と平滑コンデンサＣ６間に接続されるダ
ンパ・ダイオードＤ５から回路構成される。なお、トラ
ンジスタＱの動作を制御するための通常、１．５ＫＨ２
以上の周波数の制御パルスφを出力する制御回路は省略
されている。

次に、このアクティブ・フィルタの動作を説明する。

商用交流のりアクタＬ側が正となる半周期においては、
トランジスタＱがハイレベルの制御パルスφによりオン
する間、リアクタし一ダイオードＤＩ　）ランジスタＱ
−ダイオードＤ４により閉回路を形成してリアクタしに
電流が流れ、また商用交流のリアクタし側が負となる半
周期においては、トランジスタＱがオンする間、ダイオ
ードＤ２−トランジスタＱ−ダイオードＤ３−リアクタ
しにより閉回路を形成し同様にリアクタＬに電流が流れ
る。そして、制御パルスφがローレベルになりトランジ
スタＱがオフすると、先の２つの閉回路が開路されてリ
アクタしに逆起電力が発生する。この逆起電力は商用交
流と同位相であるため、トランジスタＱがオフする間に
おいて、リアクタＬの逆起電力と商用交流の電圧が加算
された電圧がブリッジ整流回路に人力され、この整流圧
力がダンパ・ダイオ−Ｆ　Ｄ　ｓを順バイアスして平滑
コンデンサＣ１に充電される。

従来では、このアクティブ・フィルタをディスクリート
部品により構成していたが、各ディスクリート部品間の
配線が長くなり、その配線のインダクタンス成分により
新たなスイッチングノイズを誘導していた。このため、
大きなシールド構造内にアクティブ・フィルタを収容す
る必要が生じ、電源装置の縮小の要求に充分に応えるこ
とができなかった。

そこで、本件発明者はこのアクティブ−フィルタを絶縁
金属基板上に実装した混成集積回路装置を特願昭６３−
２５８０号で従業した１次に第７図を参照してこの混成
集積回路装置を説明する。

即ち、アルミニウム等の金属基板（４０）の両表面を陽
極酸化して形成した絶縁酸化膜（４２）で被覆し、この
一方の絶縁酸化膜（４２）上にエポキシ等の絶縁樹脂層
（４６）を介して銅箔の回路パターン（４８）が形成さ
れる。そして、この回路パターン（４８）上にダイオー
ドＤ、〜Ｄ４およびＤ５、トランジスタＱ、さらには制
御回路を構成する回路部品をチップ形状で表面実装して
、極めて小型のアクティブフィルタが実現されている。

なお、第７図から明らかなように、回路パターン（４８
）のうち、グランド・パターンは絶縁酸化膜（４２）お
よび絶縁樹脂層（４６）による浮遊容量を除去する目的
で、絶縁酸化膜（４２）下の金属基板とボンディングワ
イア（５４）で接続されている。

斯る混成集積回路装置を電子機器へ組み込む場合、金属
基板（４０）の裏面の絶縁酸化膜（４２）をシャーシに
当接させて放熱性のよい構造で実装されるのが普通であ
る。従って、この構造では金属基板（４０）と電子機器
のシャーシ間で少なくとも絶縁酸化膜（４２）を誘電体
とする浮遊容量Ｃ，（第８図参照）が金属基板（４０）
の全面にわたり生ずる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記した混成集積回路装置は、アクティ
ブ　フィルタのトランジスタＱのエミッタ電位が高周波
で大きく変動し、これが絶縁金属基板を介して電子機器
のシャーシにノイズとして流出するという絶縁金属基板
を用いたことによる特有の問題を有する。

この問題点の原因を第８図（Ａ）（Ｂ）を参照して説明
する。

第８図（Ａ）は商用交流のリアクタＬ側が正となる半周
期での混成集積回路装置の等価回路を示している。正の
半周期においては、リアクタＬ〜ダイオードＤ、−トラ
ンジスタＱ−ダイオードＤ４により閉回路が形成され、
リアクタＬがトランジスタＱのコレクタ負荷となる位置
にある。

これに対し、第８図（Ｂ）は商用交流のりアクタＬ側が
負となる半周期での混成集積回路装置の等価回路を示し
ている。負の半周期においては、ダイオードＤ２−トラ
ンジスタＱ−ダイオードＤ３−リアクタしにより閉回路
が形成され、リアクタＬがトランジスタＱのエミッタ負
荷となる。

これから明らかなように、正の半周期（第８図（Ａ））
では、トランジスタＱのコレクタ電位が平滑コンデンサ
Ｃ４の充電電圧とグランド電位間を制御パルスφの周波
数でスイッチングするように変化する。なお、エミッタ
電位はグランド電位を維持する。しかし、負の半周期（
第８図（Ｂ））では、リアクタＬがトランジスタＱのエ
ミッタ負荷となるため、エミッタ電位は平滑コンデンサ
Ｃ７の充電電圧とグランド電位間を制？１１）＜ルスφ
の周波数でスイッチングするように変化する。

混成集積回路装置のグランド・パターンとアルミニウム
基板（４０）とはボンディングワイア（５４）で接続さ
れているので、前記負の半周期においては、アルミニウ
ム基板（４０）の電位が平滑コンデンサＣ６の充電電圧
とグランド電位間を制御パルスφの周波数でスイッチン
グするように変化する。

Ｃれがアルミニウム基板（４０）と電子機器のシ士−シ
間に形成される浮遊容量Ｃ２を介して電子機器のシャー
シにスイッチング・ノイズとして流出する。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は斯る問題点に鑑みてなされ、整流回路の圧力端
とスイッチング素子間にリアクタを接続する回路構成の
アクティブ・フィルタを絶縁金属基板上に実装すること
により、従来の問題点を大幅に改善した混成集積回路装
置を実現するものである。

（ホ）作用 整流回路の直流出力端にリアクタを接続し、リアクタの
他端をスイッチング素子によって断続的に接地する回路
構成のアクティブ　フィルタを混成集積回路装置化した
ため、商用交流の如何なる位相においても、リアクタが
トランジスタのコレクタ負荷として働き、グランド・パ
ターンへの高周波スイッチング電圧の印加がなくなる。

従って、グランド−パターンと接続された金属基板にも
高周波スイッチング電圧の印加がなくなって、この混成
集積回路装置の実装構造に原因する浮遊容量を介しての
スイッチングノイズの外部流出ヲ防止できる。

くべ）実施例 第１図に本発明に採用する特徴的なアクティブ・フィル
タの回路構成を示す。

このアクティブ　フィルタは、同図に示されるように、
ダイオードＤ１〜Ｄ４からなるブリッジ整流回路、本発
明の特徴であるブリッジ整流回路の正の直流出力端に一
端が接続されるリアクタし、このリアクタＬの他端とグ
ランド間にコレクタ、エミッタがそれぞれ接続されるト
ランジスタＱ、、このトランジスタＱ。のコレクタにア
ノードが接続されるダンパ　ダイオードＤ５、このダン
パ・ダイオードＤ５のカソードとグランド間に接続され
る平滑コンデンサＣ４およびトランジスタＱｏのベース
に制御パルスφを供給する制御回路ＣＯＭから構成され
る。

制御回路ＣＯＭの主回路はマイクロコンピュタにより構
成されて、１５ＫＨｚ以上の周波数の制御パルスφを出
力している。また、図示されていないが、この制御回路
ＣＯＭは負荷電流の大きさを検知して制御パルスφの周
波数により、あるいはデユーティによりフィードバック
制御を行い、さらには基板温度およびトランジスタＱ。

のエミッタ電流を計測してアクティブ−フィルタが熱的
に暴走しないような制御も行う、なお、本実施例の制御
回路ＣＯＭにはマイクロコンピュータが使用されたが、
その他として、コンパレータ、オペアンプ等の周知の回
路構成によっても所定の制御を行うことができることは
説明するまでもない。

トランジスタＱ。は図示のバイポーラ構造のトランジス
タに限定されるものではなく、パワーＭＯＳトランジス
タ、ＳＩＴ、ＩＧＢＴ等、高速動作が可能な他の素子に
変更することができる。また、整流回路も図示のブリッ
ジ整流回路に限定されるものではなく、周知のあらゆる
方式の整流回路を使用することができる。

次に、第２図を参照して上記構成されるアクティブ・フ
ィルタの動作を説明する。

商用交流のダイオードＤ１とＤ２の接続点電位が正とな
る半周期では、制御回路ＣＯＭから出力される１５ＫＨ
ｚ以上の周波数の制御パルスφがハイレベルのときトラ
ンジスタＱ。がオンし、ダイオードＤ１−リアクタＬ−
トランジスタＱ。−ダイオードＤ４の閉回路が形成され
てリアクタＬに電流ｌＬが流れる。そして、制御パルス
φがローレベルのときトランジスタＱ。がオフして先の
閉回路が開路されると、リアクタしはそれ以前の電気的
状態を持続させようとして逆起電力を発生する。このリ
アクタＬの逆起電力とブリッジ整流回路出力とが加算さ
れた電圧はコンデンサ入力型の整流回路に比較して長い
期間において平滑コンデンサＣ４の充電電圧を上回り、
ダンパ・ダイオードＤ５を介して平滑コンデンサＣ４を
充電する。

また、商用交流のダイオードＤ、とＤ２の接続点電位が
負となる半周期では、制御パルスφがハイレベルのとき
トランジスタＱ。がオンし、ダイオードＤ３−リアクタ
Ｌ−）ランジスタＱ。−ダイオードＤ２の閉回路が形成
されてリアクタしに電流ｌＬが流れる。そして、制御パ
ルスφがローレベルとなってトランジスタＱ。がオフし
、先の閉回路が開路されると、先と同様にリアクタしに
逆起電力を生じ、逆起電力とブリッジ整流回路出力とが
加算された電圧により平滑コンデンサｃ６が充電される
。

第３図（Ａ）（Ｂ）を参照してさらに詳細に説明する。

第３図（Ａ）は商用交流のダイオードＤ、とＤ２の接続
点電位が正となる半周期での混成集積回路装置の等価回
路を示している。この正の半周期においては、ダイオー
ドＤ１−リアクタＬ−）ランジスタＱ。−ダイオードＤ
４により閉回路が形成され、リアクタＬがトランジスタ
Ｑ。のコレクタ負荷となる位置にある。

これに対して、第３図（Ｂ）は商用交流のダイオードＤ
１とＤ２の接続点電位が負となる半周期での混成集積回
路装置の等価回路を示している。負の半周期においては
、ダイオードＤ２−リアクタＬ−トランジスタＱ。−ダ
イオードＤ３により閉回路が形成され、リアクタしは正
の半周期と同様にトランジスタＱ。のコレクタ負荷とな
っている。

従って、このアクティブ・フィルタの回路構成によれば
、商用交流の正の半周期でも、負の半周期でも常にリア
クタしはトランジスタＱ。のコレクタ側に挿入されるの
で、トランジスタＱ。のエミッタ電位は常にグランド電
位に安定する。

第４図を参照し、上記したアクティブ・フィルタを、リ
アクタしおよび平滑コンデンサＣ４を除いて、絶縁金属
基板に実装した実施例の具体構造を説明する。

斜線が施された回路パターンはグランド・パターンであ
り、回路基板はそのグランド−パターンの一部により、
図面の格上半分の空白部分に対応する小信号回路ブロッ
クと図面の下半分に対応する大電流回路ブロックに２分
割される０本実施例では小信号回路ブロックから大電流
回路ブロックに供給される制御パルスφの配線、あるい
は大電流回路ブロックから小信号回路ブロックへ供給さ
れるトランジスタＱ。のエミッタ電位の配線は前記グラ
ンド　パターンの一部を迂回するように形成されている
が、これに限定されるものではなく、例えば、トランジ
スタＱ。のエミッタ電位の配線は小信号ブロックの所定
の位置ヘボンディングワイアによって接続（ジャンピン
グワイア接続）してもよい。

さらに、このグランド・パターンは高周波、大電流が流
れるトランジスタＱ。のエミッタに最も近い位置でアル
ミニウム基板にボンディングワイアＷで接続されて、ア
ルミニウム基板電位をグランド・パターン電位と等電位
にしている。

大電流回路ブロックには、ブリッジ整流回路を構成する
ダイオードＤ１〜Ｄ４、ダンパ・ダイオードＤ５、トラ
ンジスタＱ０がヒートシンクを介して表面実装され、さ
らにトランジスタＱ。のエミッタ電流を制限し、またそ
の値を計測するための工ミッタ抵抗Ｒが形成される。こ
れら素子は先の小信号回路ブロックと大電流回路ブロッ
クを分割するグランド・パターン部に大電流が流れない
ようにそれぞれ配置される。大電流回路ブロックと外部
回路とを接続する外部リード端子と小信号ブロックの外
部リード端子は互いの結合が疎になるように回路基板の
相対する周端辺に配置される。

また、外部接続される平滑コンデンサｃｄとダンパ・ダ
イオードＤ５の距離は平滑コンデンサｃｄの充放電能に
大きく影響するため、ダンパ・ダイオードＤ、は第４図
にＶ゛で示す端子に近接して配置される。また、同様な
理由によりこの■“で示す端子とグランド端子ＧＮＤは
隣接配置される。

なお、第４図に示される混成集積回路装置の断面構造は
第７図と共通であるので説明は省略する。

斯上した本発明の混成集積回路装置は、放熱性を考慮し
て電子機器のシャーシに絶縁金属基板の裏面を当接させ
て取り付けられる。このために絶縁金属基板の金属基板
とシャーシ間には浮遊容量ＣＰが第３図に示す如く介在
する構造となる。しかし、金属基板はグランド・パター
ン（第４図斜線部）とボンディング・ワイアＷで接続さ
れているのでグランド・パターンの電位と同じになる。

本発明によれば、グランド　パターン、即ちトランジス
タＱ。のエミッタ電位は前述した々Ｄくグランド電位に
安定しているので、この浮遊容量Ｃ３を介して商用交流
の負の半周期でスイッチングノイズがシャーシに流出す
るおそれがなくなる。

第５図に実施例の変形例の回路図を示す。

先の実施例の制御回路ＣＯＭはインバータ回路を制御す
るための多相のパルスを出力する機能を備え、その多相
のパルスを混成集積回路装置から外部出力するものであ
る。斯る混成集積回路装置は比較的小規模に構成できる
利点を有する反面で、多相のパルスを外部出力するため
の多数の端子を必要とする欠点を有する。

これに対し、変形例はトランジスタＱ１〜Ｑ６から構成
される３相のインバータ回路をも単一の回路基板に実装
し、回路基板に形成された回路パターンを介して制御回
路ＣＯＭからトランジスタＱ、〜Ｑ６のベースに多相の
パルスが人力される。

これにより、端子数が削減されると共にアクティブ　フ
ィルタとインバータ回路間の配線へのノイズの混入の防
止が図られる。

（ト）発明の効果 以上述べたように本発明の混成集積回路装置によれば、 （１）アクティブ・フィルタのトランジスタのエミッタ
の電位が高周波においてグランド電位にあるため、混成
集積回路装置の金属基板から電子機器のシャーシへのス
イッチングノイズの流出のおそれがなく、極めて小型の
アクティブ・フィルタを実装した混成集積回路装置が実
現できる。

（２）大電流回路と制御回路がグランド　パターンで分
割されるため、大電流回路で発生するノイズから制御回
路が遮蔽される。

（３）混成集積回路装置化によりアクティブ・フィルタ
を構成する素子間配線が短くなるため、配線インダクタ
ンスに起因するノイズが抑制される。

（４）回路基板として絶縁金属基板を使用するため、配
線パターンと金属製の基板間に比較的大きな浮遊容量が
形成されて高調波ノイズをその発生個所の直近で速やか
に減衰させることができる。

（５）回路基板として絶縁金属基板を使用するため放熱
特性が良好であり、もってアクティブ　フィルタを小型
に構成することができる。

（６）回路基板として絶縁金属基板を使用するため、混
成集積回路装置から外部への不要輻射を抑制することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に採用するアクティブ　フィルタを説明
する回路図、第２図はアクティブ・フィルタの動作波形
図、第３図（Ａ）（Ｂ）は本発明のトランジスタのエミ
ッタ電位変化を説明する図であって、それぞれ商用交流
の各半周期の等価回路図、第４図は実施例の平面図、第
５図は変形例の回路図、第６図は従来例のアクティブ・
フィルタの回路図、第７図は回路基板の断面図、第８図
（Ａ＞（Ｂ）は従来例のトランジスタのエミッタ電位変
化を説明する図であって、それぞれ商用交流の各半周期
の等価回路図である。 Ｌ・・・リアクタ、　　Ｄ１〜Ｄ５・・ダイオード、ｃ
ｄ・・平滑コンデンサ、　Ｑ、・・・トランジスタ、Ｃ
ＯＭ・・・制御回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁金属基板の回路パターン上に、アクティブ・
   フィルタを構成する整流回路、スイッチング素子、前記
   スイッチング素子より充電電圧を取り出すダイオードと
   を少なくとも実装した混成集積回路装置において、 整流回路の直流出力端子とスイッチング素子間にリアク
   タを接続し、前記ダイオードの出力側に充電用のコンデ
   ンサを接続し、さらに回路パターンのグランド・パター
   ンと金属基板とを接続する接続部を設けたことを特徴と
   する混成集積回路装置。
2. （２）前記絶縁金属基板はアルミニウム基板の表面を陽
   極酸化して形成した酸化膜で被覆されていることを特徴
   とする請求項１記載の混成集積回路装置。
3. （３）前記整流回路をブリッジ整流回路で構成したこと
   を特徴とする請求項１記載の混成集積回路装置。
4. （４）前記スイッチング素子をバイポーラトランジスタ
   、ＭＯＳトランジスタ、ＳＩＴ、あるいはＩＧＢＴで構
   成したことを特徴とする請求項１記載の混成集積回路装
   置。
5. （５）前記接続部がボンディングワイアで形成される請
   求項１記載の混成集積回路装置。