JPH0433363A - 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、外部リー
ド端子を介するノイズによる自回路の誤動作を防止し、
スイッチング動作に基づく絶縁金属基板から外部への漏
れ電流を抑制した混成集積回路装置に関する。

（υ）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。−膜面なアクティブ・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交流入力端
子と電圧■、。で示される商用交流電源間に接続される
リアクタＬ、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Ｃ６、ブリッジ整流回路の
直流出力端子と平滑コンデンサＣ４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、１５ＫＨ２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Ｄ１−トランジスタ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
〜ドＤ２−１−ランジスタＱ−ダイオードＤ３−リアク
タＬにより閉回路を形成し同様にリアクタしに電流が流
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
高力がダンパ・ダイオニドＤ、を順バイアスして平滑コ
ンデンサＣ４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ｔこ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ｅ要が生じ、電源装置の軽量、縮小の要求に充分に
応えることができない構造であった。

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号で提案した。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。

即も、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）上にエボ牛シ等の絶縁樹脂層
（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、〜Ｄ、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（４
８）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）下の金属基板とホンディング
ワイア（５４）で接続さねている。

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し側が正となる半周
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Ｄ１−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）は商用交流のリアクタし側が
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Ｄ。

−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？ｌＩＩ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Ｃ６の充電電圧とグランド電位間を制御パルスφ
ノ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ｃｄ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。

これがアルミニウム基板（４０）と電子機器のシャシ間
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。

また、上記の混成集積回路装置を所定の電子機器の取付
は体に取付ける場合、平滑コンデンサの容量が比較的大
きいため、平滑コンデンサ自体が大型化し、混成集積回
路装置の外付は部品として回路パターンを介して外部接
続を行う必要があった。

従って、上記混成集積回路装置を電子機器に取り付ける
と、上述した大電流スイッチング動作に原因するノイズ
が、外部リード端子を介して制御回路等の自己の小信号
回路に混入し、小信号回路が誤動作するおそれがあった
。

さらに、平滑コンデンサとその平滑コンデンサと接続さ
れる外部リード端子間距離が長くなると、その回路パタ
ーンからノイズが漏れ、周辺の電子機器あるいは回路素
子等の周辺回路が誤動作する問題があった。

（：）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、整流回路の出力端
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、平滑コンデンサと接続する外部リード端子を
隣接配置すると共にその外部リード端子の近傍に平滑コ
ンデンサを配置し、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 整流回路の直流圧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
トランジスタのコし・フタ負荷として働き、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を防止できる。

また、充電用のコンデンサが接続される一対の外部リー
ド端子を隣接配置し、その外部リード端子の近傍で平滑
コンデンサを接続するために、平滑コンデンサを外部リ
ード端子と最短距離で接続することが可能になる。その
結果、平滑コンデンサの接続距離を問題とするスイッチ
ングノイズを抑制できるアクティブ・フィルタ用の混成
集積回路装置が実現できる。

（へ）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Ｄ、〜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Ｄ５０カソードとグランド間に接続され
る平滑コンデンサｃｄおよびトランジスタＱ、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ータにより
構成されて、１５に８７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、ｒＧＢＴ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−Ｆ　Ｄ　＋とＤ２の接続点電位が正
となる半周期では、制御回路ＣＯＭから圧力される１５
ＫＨｚ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−１’Ｄ、−リアク
タＬ−トランジスタＱ。−ダイオードＤ、の閉回路が形
成されてリアクタＬに電流ｉ　Ｌ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　１１が
オフして先の閉回路が開路さねると、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人力型の整流回路に
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Ｄ、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、制御ノヘルスφがハイレベルのと
きトランジスタＱ。がオンし、ダイｔ−１″Ｄ３〜リア
クタＬ−トランジスタＱ。−ダイオ−ｒＤ２の閉回路が
形成されてリアクタＬに電流ＩＬが流れる。そして、制
御パルスφがローレベルドナってトランジスタＱ。がオ
フし、先の閉回路が開路さねると、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Ｃ４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８ 第３図（Ａ）は商用交流のダイオードつ、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Ｄ、−リアクタし一トランジスタＱ。−ダイオードＤ
４により閉回路が形成さね、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
、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Ｌ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Ｃ１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エミッタ抵抗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。これにより、このグランド
　パターン部の遮蔽効果が一層向上される。さらに、大
電流回路ブロックと外部回路を接続するための外部リー
ド端子と小信号回路ブロックのための外部リード端子は
相対する周端辺に配置され、それら外部リード端子間の
結合を疎にしている。

ところで平滑コンデンサＣ４と接続される外部リード端
子（■“　グランド端子ＧＮＤ）は隣接して基板上に配
置されている。即ち、平滑コンデンサＣ４と接続される
上記した外部リード端子は常に基板上では隣接配置され
ることになる。従って、平滑コンデンサＣ１と接続され
る一対の外部リード端子の近傍に平滑コンデンサＣ１が
最短距離で外付けされる構造となる。

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。

衛士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Ｃ３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如くグランド電位に安
定しているので、この浮遊容量Ｃ１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。

また、上述したように平滑コンデンサｃｄと接続される
一対の外部リード端子は常に隣接配置され、且つその外
部リード端子の近傍に平滑コンデンサＣ３が最短距離で
接続できるので、外部リド端子と平滑コンデンサＣ４間
でのスイッチングノイズの発生を抑制するＣとができる
。

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圧力する機能を備え、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Ｑ、〜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
パルスが入力される。

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（、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）平滑コンデンサと接続される外部リード端子を隣
接配置することにより、平滑コンデンサを外部リード端
子と最短距離で接続することが可能になる。その結果、
平滑コンデンサと外部リード端子間の配線から発生する
スイッチングノイズを著しく低減することができる。

（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】

ｉｆ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。 第１図 Ｌ・−リアクタ、　　Ｄ、〜Ｄ５・・・ダイオード、Ｃ
４−平滑コンデンサ、　Ｑ、・・・トランジスタ、ＣＯ
Ｍ　　制御回路。

Claims (6)

【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、スイ
   ッチング素子より充電電圧を取り出すダイオードおよび
   スイッチング素子を制御する制御回路とを少なくとも実
   装し、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混成集
   積回路装置であって、 前記充電用のコンデンサが接続される一対の外部リード
   端子が前記基板の周端辺に隣接配置されることを特徴と
   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）前記一対のダイオードを、充電用のコンデンサが
   接続される外部リード端子の直近に配置したことを特徴
   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。
5. （５）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。
6. （６）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。