电源电路的制作方法
【专利摘要】DCDC转换器包含：与电力供给源连接的输入端子、与负载连接的输出端子、开关元件、续流二极管、电感器、输入侧平滑电容器以及输出侧平滑电容器。第一电容器将包含续流二极管、与输出端子连接的负载以及电感器的回流路径上的点和开关元件与输入端子之间的电流路径上的点连接。
【专利说明】
电源电路
技术领域
[0001 ]本发明涉及能够减少DCDC转换器的噪声的电源电路。
【背景技术】
[0002]公知有包含MOSFET等开关元件、电感器、续流二极管、输入侧平滑电容器以及输出侧平滑电容器的DCDC转换器(参照专利文献I等)。
[0003]在图12中示出专利文献I所公开的DCDC转换器的主要部分的等效电路图。该DCDC转换器包含开关元件Q、电感器L、续流二极管D、输入侧平滑电容器Ci以及输出侧平滑电容器Co。输入端子20与电力供给源22连接，输出端子21与负载23连接。在开关元件Q接通时，包含电力供给源22、开关元件Q、电感器L以及负载23的电流路径闭合。由此，从电力供给源22向负载23供给电力。
[0004]若将开关元件Q切换为断开，则通过蓄积于电感器L的电磁能，在包含电感器L、负载23以及续流二极管D的回流路径中流动电流。
[0005]专利文献I:日本特开2003-230270号公报
[0006]在图12所示的DCDC转换器中，在开关元件Q接通时，噪声电流在包含电力供给源22的电流路径中流动。然而，在开关元件Q断开时，噪声电流在不包含电力供给源22的回流路径中流动。在噪声电流的路径不包含电力供给源22的情况下，变得容易产生噪声。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种难以产生噪声的电源电路。
[0008]根据本发明的一个观点，提供一种电源电路，其具有:
[0009]DCDC转换器，其包含与电力供给源连接的输入端子、与负载连接的输出端子、开关元件、续流二极管、电感器、输入侧平滑电容器以及输出侧平滑电容器；以及
[0010]第一电容器，其将包含上述续流二极管、与上述输出端子连接的上述负载以及上述电感器的回流路径上的点和上述开关元件与上述输入端子之间的电流路径上的点连接。
[0011]在开关元件断开时，形成在回流路径中产生的噪声电流通过第一电容器返回到电力供给源的噪声电流路径。通过形成返回到电力供给源的噪声电流路径，能够减少噪声的产生。
[0012]优选在开关噪声的频带中，使上述第一电容器的阻抗比上述回流路径的阻抗小。通过减小第一电容器的阻抗，噪声电流容易流向第一电容器。
[0013]也可以为具有第二电容器的结构，该第二电容器将比上述回流路径靠近上述输入端子侧的电流路径与上述回流路径上的点连接。通过与上述输入端子连接的上述电力供给源、上述开关元件以及上述第二电容器，形成不包含与上述输出端子连接的上述负载的环状的噪声电流路径。
[0014]—般而言，不包含负载的环状的噪声电流路径比包含负载的电流路径短。通过缩短噪声电流路径，能够减少噪声。
[0015]在开关元件断开时，形成在回流路径中产生的噪声电流通过第一电容器返回到电力供给源的噪声电流路径。通过形成返回到电力供给源的噪声电流路径，能够减少噪声的产生。
【附图说明】
[0016]图1是实施例1的电源电路的等效电路图。
[00?7]图2是表不在实施例1的电源电路中开关兀件接通时的电流的流向的等效电路图。
[0018]图3是表示在实施例1的电源电路中将开关元件切换为断开时的电流的流向的等效电路图。
[0019]图4A以及图4B是分别表示水平极化波以及垂直极化波的辐射噪声的测定结果的曲线图。
[0020]图5是实施例2的电源电路的等效电路图。
[0021 ]图6是表不在实施例2的电源电路中开关兀件接通时的电流的流向的等效电路图。
[0022]图7是表示在实施例2的电源电路中将开关元件切换为断开时的电流的流向的等效电路图。
[0023]图8A以及图SB是分别表示水平极化波以及垂直极化波的辐射噪声的测定结果的曲线图。
[0024]图9是实施例3的电源电路的等效电路图。
[0025]图10是表不在实施例3的电源电路中开关兀件接通时的电流的流向的等效电路图。
[0026]图11是表示在实施例3的电源电路中将开关元件切换为断开时的电流的流向的等效电路图。
[0027 ]图12是现有例的电源电路的等效电路图。
【具体实施方式】
[0028][实施例1]
[0029]在图1中示出实施例1的电源电路的等效电路图。实施例1的电源电路包含输入端子20、输出端子21、D⑶C转换器25、串联电阻元件Rs、并联电阻元件Rp以及第一电容器Ca。DCDC转换器25包含输入侧平滑电容器C1、开关元件Q、续流二极管D、电感器L以及输出侧平滑电容器Co。
[0030]在输入端子20上连接有电力供给源22。电力供给源22经由AC电缆26与工业电源连接，将从工业电源供给的交流电流转换为直流电流，并将直流电流从输入端子20供给至D⑶C转换器25。电力供给源22例如包含二极管桥式电路等。在输出端子21上，经由DC电缆27连接有负载23。作为负载23，例如使用照明用发光二极管。
[0031 ]输入端子20的正极和输出端子21的正极直接连结。从输入端子20的负极朝向输出端子21的负极，依次以串联的方式插入有开关元件Q、电感器L以及串联电阻元件Rs。在输入端子20的负极与正极之间，插入有输入侧平滑电容器Ci。在电感器L与串联电阻元件Rs的相互连接点和输出端子21的正极之间，插入有输出侧平滑电容器Co。在与输出端子21连接的负载23上，并联连接有并联电阻元件Rp。
[0032]作为一个例子，输入侧平滑电容器Ci由相互并联连接的静电电容为6.SyF的两个电解电容器构成。输出侧平滑电容器Co使用静电电容为1yF的电解电容器。电感器L的电感例如是ImH。并联电阻元件Rp用于在负载23被卸下的状态时，使输出侧平滑电容器Co迅速放电。并联电阻元件Rp的电阻值例如是数kQ。串联电阻元件Rs是电流测定用，其电阻值例如是5.6Ω。
[0033]开关元件Q与电感器L的相互连接点经由续流二极管D与将输入端子20的正极与输出端子21的正极连接的电流路径的中间点连接。在开关元件Q接通时，由电力供给源22、负载23、串联电阻元件Rs、电感器L以及开关元件Q构成的电流路径闭合，从而从电力供给源22向负载23供给电力。若将开关元件Q切换为断开，则在由电感器L、续流二极管D、负载23以及串联电阻元件Rs构成的回流路径中流动电流。
[0034]回流路径上的点(以下，称为“分支点P1”。)经由第一电容器Ca与开关元件Q和输入端子20的负极之间的电流路径上的点连接。在图1中，第一电容器Ca的一个电极与续流二极管D的阴极和输出端子21之间的点连接。例如，能够将第一电容器Ca连接于输出侧平滑电容器Co的引线与印刷电路基板上的布线的连接点。第一电容器Ca的另一个电极能够连接于输入侧平滑电容器Ci的引线与印刷电路基板的布线的连接点。第一电容器Ca使用与电解电容器相比高频特性优异的电容器、例如层叠陶瓷电容器等。第一电容器Ca的静电电容例如是InFο在噪声的频带中，第一电容器Ca的阻抗比输出侧平滑电容器Co、输入侧平滑电容器Ci的阻抗小。
[0035]在图2中示出开关元件Q接通时的电流的流向。通过从输入端子20的正极经由负载23、串联电阻元件Rs、电感器L以及开关元件Q并返回到输入端子20的负极的电流路径30闭合，从而直流电流流动。此时，续流二极管D为断开状态。
[0036]在图3中示出将开关元件Q切换为断开时的电流的流向。回流电流从电感器L在由续流二极管D、负载23以及串联电阻元件Rs构成的回流路径35中流动。在将续流二极管D从断开切换为接通时，产生开关噪声。在未连接有第一电容器Ca的情况下，噪声电流在与电力供给源22分开的回流路径35中流动。在将噪声电流的路径与电力供给源22分开的情况下，容易产生噪声。
[0037]若插入第一电容器Ca，则噪声电流通过包含第一电容器Ca的路径36返回到电力供给源2 2。因此，能够抑制噪声的产生。
[0038]噪声电流所流动的路径根据从分支点Pl观察负载23侧时的阻抗与第一电容器Ca自身的阻抗之间的大小关系来决定。为了使噪声电流返回到电力供给源22，优选在开关噪声的频带(约30MHz?300MHz)中，使第一电容器Ca的阻抗比从分支点Pl观察负载23侧时的阻抗小。
[0039]参照图4A以及图4B，对从电源电路辐射出的辐射噪声的测定结果进行说明。图4A以及图4B分别表示水平极化波以及垂直极化波的辐射噪声的测定结果。图4A以及图4B的横轴以单位“MHz”来表示频率，纵轴以单位“dByV/m”来表示噪声电平。在图4A以及图4B中，细实线a表不来自未插入第一电容器Ca的电源电路的福射噪声，粗实线b表不来自插入有第一电容器Ca的电源电路的辐射噪声。
[0040]在辐射噪声的测定中，将电源电路的基板放置在测定台上并相对于地面配置成水平，且将从基板到测定天线的水平距离设为3m。改变测定天线的高度方向的位置以及基板的旋转方向的姿势，并且在电磁噪声最大的条件下进行了测定。开关的频率是50kHz?I OOkHz。如图4A以及图4B所不可知，通过插入第一电容器Ca，实现了福射噪声的减少。
[0041]对于输入侧平滑电容器Ci以及输出侧平滑电容器Co的电极的电位而言，在开关的频带中变动被抑制，难以因开关而变动。通过将第一电容器Ca连接在输入侧平滑电容器Ci以及输出侧平滑电容器Co的引线与印刷电路基板上的布线的连接点，基于第一电容器Ca的对开关动作的影响减少。
[0042][实施例2]
[0043]在图5中示出实施例2的电源电路的等效电路图。以下，对与图1?图3所示的实施例I的不同点进行说明，对于相同的结构省略说明。实施例2的电源电路除了第一电容器Ca以外，还具有第二电容器Cb。第二电容器Cb将比回流路径35靠近输入端子20侧的电流路径上的分支点P2与回流路径35上的点连接。以由电力供给源22、第二电容器Cb、电感器L以及开关元件Q形成不包含负载23的环状的电流路径的方式，来选择第二电容器Cb的连接点。例如，第二电容器Cb将输入侧平滑电容器Ci的正极和输出侧平滑电容器Co的负极连接。第二电容器Cb与第一电容器Ca相同地使用与电解电容器相比高频区域中的特性优异的电容器、例如层叠陶瓷电容器等。在噪声的频带中，第二电容器Cb的阻抗比输出侧平滑电容器Co、输入侧平滑电容器Ci的阻抗小。
[0044]在图6中示出开关元件Q接通时的电流的流向。与图2所示的实施例1的情况相同，由电力供给源22、负载23、串联电阻元件Rs、电感器L、开关元件Q构成的电流路径30闭合，直流电流在该电流路径30中流动。从输入端子20的正极朝向负载23的噪声电流的一部分成分在分支点P2处从直流电流的电流路径30分支并沿着通过第二电容器Cb的路径37流动，其它成分在分支点Pl处从电流路径30分支并沿着通过第一电容器Ca的路径38流动。
[0045]在未插入第一电容器Ca以及第二电容器Cb的情况下，噪声电流与直流电流相同地以通过电流路径30的方式流动。一般而言，负载23的电流路径的长度比电源电路内的电流路径长。作为一个例子，在负载23是照明用的发光二极管的情况下，负载23的电流路径的长度是200mm?300mm左右。与此相对，电源电路内的电流路径的长度是50mm?160mm左右。若噪声电流与直流电流在相同的电流路径30中流动，则其全长为250mm?460mm左右。与此相对，由第二电容器Cb、电感器L及开关元件Q构成的环状的路径37的长度、以及由第一电容器Ca构成的路径38的长度均为160mm以下。
[0046]像这样，通过插入第一电容器Ca以及第二电容器Cb，能够缩短噪声电流流动的环状的电流路径。通过噪声电流流动的电流路径的环变小，能够减少辐射噪声的产生。
[0047]在图7中示出将开关元件Q切换为断开时的电流的流向。与图3所示的实施例1的情况相同，噪声电流通过包含第一电容器Ca的路径36返回到电力供给源22。并且，噪声电流的一部分流过第二电容器Cb。因此，与实施例1的情况相同，能够减少辐射噪声的产生。
[0048]参照图8A以及图8B，对从实施例2的电源电路辐射出的辐射噪声的测定结果进行说明。图8A以及图SB分别表示水平极化波以及垂直极化波的辐射噪声的测定结果。图8A以及图8B的横轴以单位“MHz”来表示频率，纵轴以单位“dByV/m”来表示噪声电平。在图8A以及图SB中，细实线c表示来自未插入第一电容器Ca以及第二电容器Cb中的任意一个的电源电路的辐射噪声，粗实线d表示来自插入有第一电容器Ca以及第二电容器Cb的电源电路的辐射噪声。[0049 ]辐射噪声的测定在与图4A以及图4B所示的实施例1的电源电路的测定条件相同的条件下进行。可知:通过插入第一电容器Ca以及第二电容器Cb，能够实现辐射噪声的减少。
[0050][实施例3]
[0051 ]图9示出实施例3的电源电路的等效电路图。以下，对与图5所示的实施例2的不同点进行说明，对于相同的结构省略说明。
[0052]在实施例2中，在DCDC转换器25(图5)的低电压侧的电流路径上插入了开关元件Q以及电感器L。在实施例3中，在DCDC转换器25的高电压侧的电流路径上，插入有开关元件Q以及电感器L。由电感器L、负载23、串联电阻元件Rs以及续流二极管D构成的回流路径42上的点经由第一电容器Ca与输入端子20的正极和开关元件Q之间的点连接。具体而言，第一电容器Ca将输出侧平滑电容器Co的正极与输入端子20的正极连接。以下，将回流路径42与输出侧平滑电容器Co的正极的引线之间的连接点称为分支点P3。
[0053]分支点P3经由第二电容器Cb与输入侧平滑电容器Ci的负极连接。第一电容器Ca以及第二电容器Cb使用与电解电容器相比高频特性优异的电容器、例如层叠陶瓷电容器等。在噪声的频带中，第一电容器Ca以及第二电容器Cb的阻抗比输出侧平滑电容器Co、输入侧平滑电容器Ci的阻抗小。
[0054]在图10示出开关元件Q接通时的电流的流向。直流电流在包含开关元件Q、电感器L、负载23以及串联电阻元件Rs的电流路径40中流动。噪声电流在分支点P3处从电流路径40分支并沿着包含第二电容器Cb的噪声电流路径41返回到电力供给源22。因此，噪声电流的环状的路径的长度变得比直流电流的电流路径40短。由此，能够减少辐射噪声的产生。
[0055]在图11中示出将开关元件Q切换为断开时的电流的流向。回流电流在回流路径42中流动。噪声电流通过在包含电力供给源22以及第一电容器Ca的噪声电流路径43中流动，从而返回到电力供给源22。因此，与图3所示的实施例1的将开关元件Q切换为断开时相同，能够减少辐射噪声的产生。并且，噪声电流通过第二电容器Cb返回到电力供给源22。因此，也能够得到噪声电流流动的环状的路径缩短的效果。
[0056]根据以上实施例对本发明进行了说明，但本发明并没有被这些实施例限制。例如，能够进行各种变更、改进、组合等，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
[0057]附图标记说明:20...输入端子;21...输出端子;22...电力供给源；23...负载；25...D⑶C转换器;26…AC电源电缆;27…DC电源电缆;30…开关元件接通时的直流电流的电流路径；35…开关元件断开时的回流路径；36、37、38...噪声电流的路径；40…直流电流路径；41…噪声电流路径;42…开关元件断开时的回流路径；43…噪声电流路径；Ca…第一电容器;Cb…第二电容器;Ci...输入侧平滑电容器;Co…输出侧平滑电容器;D…续流二极管;L...电感器;Pl、Ρ2、Ρ3.._分支点;Q…开关元件;Rs...串联电阻元件;Rp…并联电阻元件。
【主权项】
1.一种电源电路，具有: DCDC转换器，其包含与电力供给源连接的输入端子、与负载连接的输出端子、开关元件、续流二极管、电感器、输入侧平滑电容器以及输出侧平滑电容器；以及 第一电容器，其将包含所述续流二极管、与所述输出端子连接的所述负载以及所述电感器的回流路径上的点和所述开关元件与所述输入端子之间的电流路径上的点连接。2.根据权利要求1所述的电源电路，其中， 在开关噪声的频带中，所述第一电容器的阻抗比所述回流路径的阻抗小。3.根据权利要求2所述的电源电路，其中， 所述电源电路还具有第二电容器，所述第二电容器将比所述回流路径靠近所述输入端子侧的电流路径与所述回流路径上的点连接， 与所述输入端子连接的所述电力供给源、所述开关元件以及所述第二电容器形成不包含与所述输出端子连接的所述负载的环状的噪声电流路径。
【文档编号】H02M3/155GK105874697SQ201480071022
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年12月8日
【发明人】伊藤健, 伊藤健一
【申请人】株式会社村田制作所