JPH0433391A - 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ーフィ
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ｖ６゜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Ｃ２、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、１５ＫＨＬ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。

商用交流のリアクタ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Ｄ、により閉回路を形成してリアクタＬに
電流が流れ、また商用交流のりアクタＬ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
Ｌ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８
力がダンパーダイオード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）を形成す
る。そして、この回路パターン（４８）上にダイオード
Ｄ１〜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ブ形状で表面実装して、
小型化したアクティブフィルタを実現している。なお、
ダイオードＤ〜Ｄ４およびり１、トランジスタＱは発熱
するため、回路パターン（４８）上に銅片等の所謂ヒー
トシンクを介して実装される。

この混成集積回路装置によればディスクリート部品によ
り構成される従来型のアクティブ−フィルタに存する配
線インダクタンスに起因する問題は解消される。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記混成集積回路装置では、アクティブ　フィルタの主
回路を構成するダイオードＤ、〜Ｄ、およびＤ５、トラ
ンジスタＱがヒートシンクを介して回路パターン上に実
装されることになるが、このうち共通の回路パターン、
共通のヒートシンクに実装できる素子はダイオードＤ１
とＤ３でしかなく、他はそれぞれ独立の回路パターンに
所定の大きさのヒートシンクを介して所定の間隔で実装
される。このため、回路基板の実装面積が回路パターン
のためのマージン、ヒートシンクのためのマージンに多
く消費され、回路基板の有効実装面積が減少し、混成集
積回路装置を小型化する上での障害になっている。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は上記問題点に鑑みてなされ、主回路あるいは主
回路の一部が、直列接続される第１および第２のダイオ
ードにそれぞれ並列に第１および第２のスイッチング素
子が接続される回路構成であるアクティブ　フィルタを
絶縁金属基板上に実装して、混成集積回路装置の小型化
を達成したものである。

（ホ）作用 並列接続される第１のダイオードと第１のスイッチング
素子はチップ基板の導電型が同一であるため共通の回路
パターンに実装し、共通のヒートシンクに実装し、さら
には複合素子化することが可能であり、また同様に第２
のダイオードと第２のスイッチング素子も共通の回路パ
ターンに実装し、共通のヒートシンクに実装し、さらに
は複合素子化することが可能であるため、回路パターン
のためのマージン、ヒートシンクのためのマージンを殆
ど必要とせず、実装面積の低下がない。

（へ）実施例 第１図は本発明の第１の実施例に採用されるアクティブ
・フィルタを示す。

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からなるブリンジ整流回路、その
第１および第２のダイオードＤＤ２にそれぞれ並列接続
される第１および第２のトランジスタＱ１、Ｑ２、第１
および第２のダイオ−ＦＤ、、Ｄ２の直列接続点に一端
が接続されるリアクタし、第３および第４のダイオード
Ｄ３、Ｄ４の直列回路に並列接続される平滑コンデンサ
Ｃ６および第１および第２のトランジスタＱＱ２、のベ
ースに制御パルスφ１、φ２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、商用交流の位相を検出して、リアクタＬ側が正
となる半周期では１５ＫＨ，以上の周波数の制御パルス
φ２を出力し、リアクタし側が負となる半周期では同じ
（１５ＫＨ２以上の周波数の制御パルスφ１を出力する
。また、負荷電流の大きさを検知して制御パルスφ寡、
φ２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。

第１および第２のトランジスタＱ、、Ｑ２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　）ランジスタ、ＳｒＴ、ＩＧＢＴ等、高
速動作が可能な他のスイッチング素子に変更することが
できる。また、第１のダイオードＤ１と第１のスイッチ
ング素子Ｑ０、第２のダイオードＤ２と第２のスイッチ
ング素子Ｑ２は複合素子により構成されるのが好ましい
。

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。

商用交流のりアクタＬ側が正となる半周期では制御パル
スφ２が出力され、それがハイレベルのときトランジス
タＱ２がオンし、リアクタＬトランジスタＱ２−ダイオ
ードＤ４の閉回路が形成されてリアクタしに電流ｉＬが
流れる。そして、制御ハルスφ２がローレベルのときト
ランジスタＱ２がオフして先の閉回路が開路されると、
リアクタＬ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の逆起電力と商
用交流電圧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Ｃ６
の充電電圧を上回り、ダイオードＤ１、Ｄ４を介して平
滑コンデンサｃｄを充電する。

また、商用交流のりアクタＬ側が負となる半周期では制
御パルスφ、が出力され、それがハイレベルのときトラ
ンジスタＱ、がオンし、リアクタＬ−トランジスタＱ１
−ダイオードＤ３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
のときトランジスタＱ１がオフして先の閉回路が開路さ
れると、先と同様にリアクタＬに逆起電力を生じ、逆起
電力と商用交流電圧とが加算された電圧により平滑コン
デンサｃｄが充電される。

第３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Ｃ２を除いて、絶縁金属
基板上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　パタンの一部により、図
面の路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。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φ５、φ２の配線に
はジャンピングワイア接続が使用されているが、前記グ
ランド・パターンの一部を迂回するように弓き回して配
線しても差し支えない。

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Ｑ２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、トランジスタＱ１、Ｑ２がヒー
トシンクを介して表面実装される０図示されるように、
第１のダイオードＤ１、第３のダイオードＤ３、第１の
トランジスタＱは共通の回路パターン上にヒートシンク
を介して表面実装され、さらに第２のダイオードＤ２と
第２のトランジスタＱ２も他の共通の回路パターンに実
装される。このように、アクティブ・フィルタの主回路
を構成する素子がグランド・パターンを含めて４の回路
パターンに実装されるため、回路パターンのためのマー
ジンが低減される。なお、第６図に示した従来のアクテ
ィブ・フィルタを混成集積回路装置化する場合には少な
くと６６の回路パターンを必要とする。また、複合素子
を使用する場合にはヒートシンクのためのマージンが特
に低減され、回路基板の小型化が容易に達成される。

なお、第３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。

第４図に第１の実施例の変形例を示す。本変形例は、ト
ランジスタＱ、〜トランジスタＱ６から構成される３相
のインバータ回路をも単一の絶縁金属基板上に実装した
ものであって、制御回路ＣＯＭはアクティブ・フィルタ
の主回路を構成するトランジスタＱ、、Ｑ２のベースを
制御する制御パルスφ１、φ２の他、３相のインバータ
回路のトランジスタＱ３〜トランジスタＱ８を格別に駆
動するパルスφユ〜φ８を出力する。

斯る混成集積回路装置は３相のインバータ回路を制御す
るパルスφ３〜φ８が混成集積回路装置の内部で入出力
するため、本混成集積回路装置を使用する電気機器のノ
イズ設計が容易になる利点を有する。

第５図に本発明の第２の実施例の回路図を示す。

本実施例はアクティブ　フィルタと従来の倍電圧整流回
路を組み合わせたものであって、２つの、但し先の実施
例のそれと比較して耐圧がＪ／２の平滑コンデンサＣｄ
ｌをＣｄ２を必要とするが、原理上、入力交流電圧の４
倍の振幅の直流を出力する。

本実施例を最小構成した混成集積回路装置は直列接続さ
れる第１および第２のダイオードＤＤ２、この第１およ
び第２のダイオ−Ｆ″Ｄ１、Ｄ２にそれぞれ並列接続さ
れる第１および第２のトランジスタＱ３、Ｑ２のみによ
り構成され、極めて小型化される。さらに、それらの素
子のそれぞれに複合素子を使用する場合には、２チフブ
でアクティブ・フィルタの主回路が構成され、回路パタ
ーンの数が減少することと合わせて極めて小型の混成集
積回路装置を実現できる。

（））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　フィルタとして、複合素子が使用で
きる回路構成のアクティブ−フィルタを絶縁金属基板上
に実装するため、ヒートシンクを使用して実装しても回
路基板の有効実装面積の低下が少ない。

（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図は本発明の第１の実施例の平面図、第４図は
第１の実施例の変形例の回路図、第５図は本発明の第２
の実施例の回路図、第６図は従来のアクティブ・フィル
タの回路図、第７図は回路基板の断面図。 Ｌ・・リアクタ、　　Ｄ１〜Ｄ４・・ダイオード、Ｃａ
’−・平滑コンデンサ、　Ｑ４、Ｑ２・・・トランジス
タ、　ＣＯＭ−・・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、直列接続され
   る第１および第２のダイオードと、この第１および第２
   のダイオードにそれぞれ並列接続される第１および第２
   のスイッチング素子とを少なくとも実装する混成集積回
   路装置において、 第１および第２のダイオードの直列接続点にリアクタを
   接続し、第１および第２のダイオードからなる直列回路
   に充電用のコンデンサを並列接続し、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）前記第１および第２のダイオードからなる直列回
   路に並列接続される第３および第４のダイオードからな
   る直列回路を実装す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）前記充電用のコンデンサは第１および第２のコン
   デンサの直列回路よりなる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。
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）第１のダイオードと第１のスイッチング素子、第
   ２のダイオードと第２のスイッチング素子に複合素子を
   使用することを特徴とする請求項１記載の混成集積回路
   装置。