JPH0542481Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は直流入力、直流出力の入出力端子に生
ずる雑音を極めて小さくすることが可能なスイツ
チング電源装置の構造に関する。

スイツチング方式電源回路は、シリーズ制御方
式電源回路に比較して効率が高く、小形化が容易
であり、また、電圧安定度も良好である等の特徴
を有するため、近年広く使用されている。しかし
ながら、スイツチング方式電源回路は内部に電圧
および電流が急激に変化する部分を有しており、
シリーズ制御方式電源回路に比べて出力電圧に雑
音が多いため、微小レベル信号を取扱う装置など
に使用する際には、雑音除去回路を通して出力電
圧の雑音を低減させる必要があり、前述のスイツ
チング方式電源回路の特徴を充分に生かすことが
できなかつた。

スイツチング方式電源回路が発生する雑音に
は、ノーマルモード雑音とコモンモード雑音があ
ることは周知の通りである。ノーマルモード雑音
除去回路として使用されるのはふつうノーマルモ
ードチヨークコイルとコンデンサを用いたローパ
スフイルタである。また、コモンモード雑音除去
回路としては、一対の導線を密結合となるように
密着して同一磁心に同一回数巻いたコモンモード
チヨークコイルが一般に使用されている。

第１図はこのような２種の雑音除去回路を用い
た従来のスイツチング電源回路の一例であつて、
１および１１は入力端子、２はスイツチング方式
電源回路、３はノーマルモードチヨークコイル３
１とコンデンサ３２とからなるノーマルモード雑
音除去回路、４はコモンモードチヨークコイル４
１よりなるコモンモード雑音除去回路、５および
１５は出力端子である。

第１図において、スイツチング方式電源回路２
と、ノーマルモード雑音除去回路３およびコモン
モード雑音除去回路４とが充分に離れて配置接続
されるなど、互いの電磁結合が無視できるような
状態であれば、これら２種の雑音除去回路が有効
に働き、スイツチング方式電源回路２の出力電圧
の雑音は出力端子５，１５に達するまでに除去さ
れる。しかし、電源装置を小形にする必要性か
ら、スイツチング方式電源回路２とノーマルモー
ド雑音除去回路３およびコモンモード雑音除去回
路４に接近して配置されるのが一般的である。こ
のような状態では、スイツチング方式電源回路２
の内部の急激な電圧変化および電流変化は、電磁
結合によりスイツチング方式電源回路２の出力側
から出力端子５，１５に至る各部分にノーマルモ
ード雑音およびコモンモード雑音を誘起する。

ノーマルモード雑音除去回路３の出力側から出
力端子５，１５に至る接続部分およびコモンモー
ド雑音除去回路４に誘起したノーマルモード雑音
は、そのまま出力端子５，１５に現われる。同様
にコモンモード雑音除去回路４の出力側から出力
端子５，１５に至る接続部分に誘起したコモンモ
ード雑音も、そのまま出力端子５，１５に現われ
る。さらに、この接続部分にインピーダンスの不
平衡があれば、コモンモード雑音の一部がノーマ
ルモード雑音に変換され、前記ノーマル雑音と共
に出力端子５，１５に現われる。

このような雑音除去回路によつても除去できな
い雑音は電磁結合によつて発生する。この雑音を
減少させるためには、コモンモード雑音除去回路
４から出力端子５，１５に至る接続部分の距離お
よびその接続部分で形成されるループ面積を小さ
くし、また、ノーマルモード雑音除去回路３から
出力端子５，１５に至る接続部分の距離およびそ
の接続部分で形成されるループ面積を小さくする
必要がある。

第１図について前述のことを具体的に説明する
と、コモンモードチヨークコイル４１を出力端子
５，１５に直接接続するか、また、コモンモード
チヨークコイル４１を出力端子５，１５に可能な
限り近い位置に配置し、かつ可能な限り短距離に
て接続する。（以下このような配置および接続の
状態を、「コモンモードチヨークコイル４１を出
力端子５，１５の直近に配置接続する。」または
「出力端子５，１５の直近にコモンモードチヨー
クコイル４１を配置接続する。」と表現する。）さ
らに、コモンモードチヨークコイル４１の直近に
コンデンサ３２を配置接続し、コンデンサ３２の
直近にノーマルモードチヨークコイル３１を配置
接続する。このような構造にすると、コモンモー
ド雑音はほとんど除去できるが、ノーマルモード
雑音除去回路３に誘起されたコモンモード雑音が
不平衡インピーダンスによつて変換されて生ずる
ノーマルモード雑音は依然として出力端子５，１
５に現われる。

第２図は第１図と同様に２種の雑音除去回路を
用いた従来のスイツチング電源装置の他の一例で
ある。第２図が第１図と異なるのはノーマルモー
ド雑音除去回路３とコモンモード雑音除去回路４
の接続順序が逆になつていることである。第２図
のように、出力端子５，１５の直近にノーマルモ
ード雑音除去回路３を配置接続し、さらに、ノー
マルモード雑音除去回路３の直近にコモンモード
雑音除去回路４を配置接続した状態であつても、
スイツチング方式電源回路２から電磁結合でノー
マルモード雑音除去回路３に誘起したコモンモー
ド雑音は大部分出力端子５，１５に現われ、残り
は不平衡インピーダンスによつてノーマルモード
雑音に変換されて出力端子５，１５に現われる。

このように、ノーマルモード雑音除去回路と、
コモンモード雑音除去回路とを用いた従来のスイ
ツチング電源回路では、スイツチング方式電源回
路から電磁結合により、これら雑音除去回路自体
に誘起する雑音があり、出力端子の雑音除去は不
完全なものであつた。

また、第１図および第２図に示したスイツチン
グ電源回路の出力抵抗は、スイツチング方式電源
回路２の出力抵抗と、ノーマルモードチヨークコ
イル３１およびコモンモードチヨークコイル４１
の直流抵抗の和となり、出力抵抗が増加するた
め、電圧安定度が悪化する。これを防止する方法
として、スイツチング方式電源回路２の電圧セン
ス点（電源の出力電圧を検出するための端子点）
を出力端子５，１５に移すことは、電圧制御ルー
プ内に位相遅れを持つノーマルモード雑音除去回
路３を有すこととなり、乱調を生ずるため不可能
である。

また、コモンモードチヨークコイルは位相遅れ
を持たないため、第３図のように電圧制御ループ
内に入れることができるが、コモンモードチヨー
クコイルは通過電流による磁心の飽和がなく、巻
数が少なくてすむため直流抵抗は小さいが、ノー
マルモードチヨークコイルを取り込めず、電圧安
定度の改善効果は少ない。

以上のように、第１図および第２図、第３図に
示す従来のスイツチング電源装置では、電圧安定
度が良くなく、また雑音除去も不完全なものであ
つた。

電源装置の小形化のため、近年スイツチング周
波数が従来の20〜30kHzから100kHz以上になりつ
つある。このように高周波化が進むと、ノーマル
雑音除去回路３のノーマルモードチヨークコイル
３１のインダクタンスは小さくても同じ効果を有
することになる。例えば、スイツチング周波数
25kHzに対して50dBの減衰を得るために必要なイ
ンダクタンスはコンデンサ３２のキヤパシタンス
を100μFとすると約130μHであるが、スイツチン
グ周波数200kHzに対しては約2μHでよい。従つ
て、ノーマルモードチヨークコイル３１の直流抵
抗は小さくて済み、電圧安定度は改善される。し
かしながら、スイツチング周波数の高周波化によ
り、電磁結合による雑音の誘導は増加する傾向に
あり、前述の雑音除去回路で除去できない雑音は
逆に増加することになる。

本考案は、このような従来の問題点を解決する
ためになされたものであつて、特にスイチツング
周波数の高い領域で極めて効果的に雑音を除去し
得るスイツチング電源装置を提供するものであ
る。

以下本考案の実施例を図にしたがつて詳細に説
明する。

第４図は本考案の実施例であるスイツチング電
源装置である。同図における６はノーマルモード
インダクタンスを有するコモンモードチヨークコ
イルであつて、同一磁心に一対の導線を疎結合と
なるように離して同一回数巻くことによつて得ら
れる。一対の巻線は疎結合であるためリーケージ
インダクタンスを有し、これがノーマルモードイ
ンダクタンスとして働く。他の記号は第１図〜第
３図の同記号のものと同等である。

出力端子５，１５の直近にコンデンサ３２を配
置接続し、さらに、コンデンサ３２の直近にノー
マルモードインダクタンスを有するコモンモード
チヨークコイル６を配置接続する。このように配
置接続すると、スイツチング方式電源回路２から
電磁結合によつて生ずる雑音のうち、ノーマルモ
ード雑音に対しては、出力端子５，１５の直近に
コモンモードチヨークコイル６が有するノーマル
モードインダクタンスとコンデンサ３２が形成す
るローパスフイルタを配置接続した形となり、ほ
ぼ完全に除去できる。また、コモンモード雑音に
対しては、コモンモードチヨークコイル６が出力
端子５，１５のごく近くに配置接続されているの
で、同様にほぼ完全に除去できる。

また、本考案によるスイツチング電源装置の出
力抵抗も、スイツチング方式電源回路２の出力抵
抗にノーマルモードインダクタンスを有するコモ
ンモードチヨークコイル６の直流抵抗を加えたも
のとなり、ノーマルモードチヨークコイル３１の
直流抵抗がない分だれ改善される。

次に、本考案の具体的実施例として、寸法が外
径20mm、内径10mm、厚さ５mmで、透磁率が10000
である材質の磁心に外径1.6mmの銅線を６ターン
づつ分割巻にしたコモンモードチヨークコイルの
場合、リーケージインダクタンスは約3μHとな
り、これがノーマルモードインダクタンスとな
る。このコモンモードチヨークコイルと、100μF
のコンデンサとによる雑音除去回路をスイツチン
グ周波数200kHzのスイツチング方式電源回路に
第４図のように配置接続することにより、200k
Hzにおける雑音を約53dB減少させることができ
る。出力端子における雑音レベルは−60〜−
70dBmであり、これはシリーズ制御方式電源回
路の雑音レベルに等しい。また、このコモンモー
ドチヨークコイルの直流抵抗は約3mΩであり、
10Aの電流変化に対しての電圧変化は30mVであ
つて、出力電圧5Vに対する比でも±0.3％にしか
ならず、充分実用可能である。

このように本考案によれば、良好な雑音除去特
性を持ち、かつ良好な電圧安定度を持つたスイツ
チング電源装置を安価に得ることが可能となる。

以上出力雑音の除去に関して本考案の説明を行
なつたが、スイツチング方式電源回路は出力だけ
でなく、入力に対しても雑音が発生する。この雑
音の除去についても本考案は有効である。すなわ
ち、第５図に示すように入力端子１，１１の直近
にコンデンサ３２を配置接続し、さらに、コンデ
ンサ３２の直近にノーマルモードインダクタンス
を有するコモンモードチヨークコイル６を配置接
続した後にスイツチング方式電源回路２を配置接
続すると、前述のことがそのまま入力側について
も適用でき、入力端子１，１１に生ずる雑音が除
去される。

また第６図に示すように入力側および出力側と
もに本考案を実施した場合には、入力側および出
力側の雑音がともに除去できることは明らかであ
る。

以上説明したように、本考案は、出力あるいは
入力またはその両方の雑音を極めて有効に除去
し、かつ電圧安定度が優れたスイツチング電源装
置を少ない部品数で安価に提供することができる
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は従来のスイツチ
ング電源装置の説明図、第４図、第５図および第
６図は本考案の実施例であるスイツチング電源装
置の説明図である。 １，１１……入力端子、２……スイツチング方
式電源回路、３２……コンデンサ、５，１５……
出力端子、６……コモンモードチヨークコイル。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 直流入力、直流出力のスイツチング方式電源回
   路の入力端子側および／または出力端子側に、 コンデンサと、 ノーマルモードインダクタンスを有するコモン
   モードチヨークコイルとを設けて成り、 該コンデンサが入力端子および／または出力端
   子の直近に配置接続され、 さらにその直近のスイツチング方式電源回路側
   に同一磁心に一対の導線を疎結合となるように離
   して同一回巻くことによつて得られるノーマルモ
   ードインダクタンスを有するコモンモードチヨー
   クコイルを配置接続したことを特徴とするスイツ
   チング電源装置。