专利名称：电压转换装置和电气负载驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电压转换装置，其包含共用电感部件的第一环路和第二环路，本发明还涉及使用电压转换装置的电气负载驱动装置。
背景技术：
已有的开关电源电路包含连接到变压器原方线圈的原方电路以及连接到变压器副方线圈的副方电路。在开关电源电路中，原方电路侧的电极图案(electrode pattern) 和副方电路侧的电极图案被布置为彼此朝向。通过这样做，电极图案之间的绝缘层用作用于电容器的介电物质，以便构成等效电容器。等效电容器构成用于抵御噪音的措施的电容器(例如参见日本特开 No. 2005-110452 (JP-A-2005-110452))。顺便提及，例如，如图1所示，不使用变压器的非绝缘DC-DC转换器包含第一环路和第二环路。第一环路和第二环路共用电感L，并分别具有电容器Cl与C2。为第一环路设置的开关元件Ql或为第二环路设置的开关元件Q2被开通或关断以便实现电压转换。此时， 第一电容器和第二电容器具有对DC-DC转换器的输出电压进行平滑并减小在DC-DC转换器电路中产生的噪音的功能。图1所示的这样的电路构造通常以这样的方式实现第一环路和第二环路在图2所示不同平面或同一平面中被布置在印刷电路板上。然而，图1和图2所示的已有电路构造中，例如，当开关元件Ql被开通或关断时， 电流交替流到第一环路和第二环路。因此，穿过第一环路的磁场和穿过第二环路的磁场交替产生。此时，流经第一环路和第二环路的相应的电流的方向如图1的箭头所示相反。因此，穿过第一环路的磁场的方向和穿过第二环路的磁场的方向相反。在上面的构造中，存在这样的问题，当开关元件Ql高速(以短的时间段)开通或关断时，具有相反方向的磁场以高速(以短的时间段)交替产生，因此，产生由于磁场波动引起的噪音。
发明内容
本发明提供了一种电压转换装置，其有效地减小在第一环路和第二环路中形成的磁场的波动引起的噪音，本发明还提供了使用电压转换装置的电气负载驱动装置。本发明第一实施形态提供了一种电压转换装置。电压转换装置包含第一环路，其包含第一开关元件；第二环路；其中，第一环路和第二环路包含共用的电感元件，其中，当第一开关元件被开通或关断时，电流交替地流经第一环路或第二环路，当第一开关元件开通时形成并穿过第一环路的磁场和当第一开关元件在第一开关元件开通后关断时形成并穿过第二环路的磁场具有相同的方向，构成第一环路和第二环路的所有元件被布置在基材的相同表面上，第二环路被连接到第二直流电源，第一环路被连接到第一直流电源，第一直流电源具有不同于第二直流电源电压的电压。例如，第一环路可以经由贯穿基材的贯通孔在基材的相反侧连接到第一直流电源(也就是说，不布置构成第一环路和第二环路的元件的一侧)。例如，芯片跳接器(chip jumper)可用于将第一环路连接到同一表面侧上的第一直流电源(也就是说，构成第一环路和第二环路的所有元件被布置的一侧)。本发明第二实施形态提供了一种电压转换装置。电压转换装置包含第一环路，包含第一开关元件；第二环路，其中，第一环路和第二环路包含共用的电感元件，其中，在第一开关元件开通或关断时，电流交替流经第一环路或第二环路，当第一开关元件被开通时形成并穿过第一环路的磁场和当第一开关元件在第一开关元件开通后关断时形成并穿过第二环路的磁场具有相同的方向，第一环路围绕的部分和第二环路围绕的部分之间的重叠部分的面积大于或等于第一环路围绕的部分或第二环路围绕的部分内的非重叠部分的面积。本发明的第三实施形态提供了一种电压转换装置。电压转换装置包含第一环路， 包含第一开关元件；第二环路，其中，第一环路和第二环路包含共用的电感元件，其中，当第一开关元件被开通或关断时，电流交替流经第一环路或第二环路，当第一开关元件开通时形成并穿过第一环路的磁场和当第一开关元件在第一开关元件开通后关断时形成并穿过第二环路的磁场具有相同的方向，磁物质(magnetic substance)被布置在第一环路围绕的部分和第二环路围绕的部分之间的重叠部分内。本发明的第四实施形态提供了一种电压转换装置。电压转换装置包含第一环路， 包含第一开关元件和第一电容性元件；第二环路，包含第二开关元件和第二电容性元件，其中，第一环路和第二环路包含共用的电感元件，其中，在第一开关元件被开通或关断时，电流交替流经第一环路或第二环路，第一直流电源或地被连接到第一环路中的第一开关元件和第一电容性元件之间的中点，具有与第一直流电源的电压不同的电压的第二直流电源被连接到第二环路中的第二开关元件和第二电容性元件之间的中点，第一环路和第二环路被布置为使得第一环路和第二环路中的一个围绕第一环路和第二环路中的另一个。第一环路围绕的部分和第二环路环绕的部分之间的重叠部分的面积可大于或等于第一环路围绕的部分或第二环路围绕的部分中的非重叠部分的面积。 通过本发明的实施形态，可以获得一种电压转换装置或类似装置，其能够有效地减小由于第一环路和第二环路中形成的磁场的波动形成的噪音。
由下面参照附图对示例性实施例的介绍，将明了本发明的前述目的、特征与优点以及其他目的、特征与优点，在附图中，相似的号码用于表示相似的元件，且其中图1示出了已有的DC-DC转换器的电路构造；图2示出了已有的DC-DC转换器的部件布置；图3示出了根据本发明一实施例的电压转换装置的电路构造；图4A示出了流经第二环路的环路电流的方向，图4B示出了流经第一环路的环路电流的方向；图5示出了连接电气负载的方法的另一实例；图6A-6E为波形图，其示出了根据该实施例的电压转换装置中的磁通波动减小作用；图7A与图7B示出了实现根据该实施例的电压转换装置的电路构造的安装实例；图8A与图8B示出了实现根据该实施例的电压转换装置的电路构造的另一安装实例；
图9A与图9B示出了按照根据该实施例的电压转换装置试生产(prototyped)的基材的构造；图IOA与图IOB示出了作为已有电压转换装置试生产的基材的构造；图11为一图表，示出了实际运行图9A与图9B的装置测量得到的噪音波形以及实际运行图IOA与图IOB所示的装置测量的噪音波形；图12示出了用于抑制陡峭磁通波动的第一方法；图13示出了用于抑制陡峭磁通波动的第二方法；图14示出了第二方法；图15A和图15B示出了按照根据该实施例的电压转换装置试生产的基材的构造；图16A和图16B示出了按照根据该实施例的电压转换装置试生产的基材的构造；图17为一图表，其示出了通过实际运行图IOA与图IOB所示的装置测量的噪音波形、实际运行图11所示的装置测量的噪音波形以及实际运行图12所示的装置测量的噪音波形；图18为一图表，其示出了检查通过第二方法的噪音减小效果的测试的结果；图19为一构造图，示出了根据本发明一实施例的电气负载驱动装置；图20示出了根据另一实施例的电压转换装置的电路构造；图21示出了根据本发明另一实施例的电压转换装置的电路构造；以及图22A和图22B示出了实现根据该实施例的电压转换装置的电路构造的另一安装实例。
具体实施例方式下面将参照附图介绍本发明的实施例。图3示出了根据本发明一实施例的电压转换装置1的电路构造。根据当前实施例的电压转换装置1被构造为使得图3所示的电压转换装置1的电路构造以平面的方式基本上直接布置在基材的一个表面上。根据当前实施例的电压转换装置1为同步整流非绝缘DC-DC转换器。电压转换装置1包含第一环路10和第二环路12。驱动目标电气负载40被连接到电压转换装置1的输出端子20。第一环路10和第二环路12共用电感L。在图中所示的实例中，第一环路10被布置为围绕第二环路12。除电感L以外，第一环路10还包含开关元件Ql和电容器Cl。在此实施例中，开关元件Ql为金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。作为替代的是，开关元件Ql可为其他晶体管，例如绝缘栅型双极型晶体管(IGBT)。开关元件Ql与电感L串联连接在正端子和输出端子20之间。于是，当Nch-MOSFET用作开关元件Ql时，开关元件Ql的漏极连接到正端子，其源极连接到电感L。另一方面，当Pch-MOSFET用作开关元件Ql时，开关元件Ql的源极连接到正端子，其漏极连接到电感L。电容器Cl与开关元件Ql以及电感L并联连接在正端子和输出端子20之间。类似地，除电感L以外，第二环路12还包含开关元件Q2和电容器C2。在此实施例中，开关元件Q2为MOSFET。作为替代的是，开关元件Q2可为其他晶体管，例如IGBT。开关元件Q2与电感L串联连接在负端子和输出端子20之间。于是，当Nch-MOSFET用作开关元件Q2时，开关元件Q2的漏极连接到电感L，其源极连接到负端子。另一方面，当Pch-MOSFET 用作开关元件Q2时，开关元件Q2的源极连接到电感L，其漏极连接到负端子。电容器C2与开关元件Q2以及电感L并联连接在负端子和输出端子20之间。 第一直流电源(见图19中的直流电源20 连接到正端子。具有低于第一直流电源电压的电压的第二直流电源(未示出)连接到负端子。第一直流电源的额定电压和第二直流电源的额定电压可被选择，只要第二直流电源的额定电压低于第一直流电源的额定电压。典型地，地(即0V)连接到负端子。此后，为了防止说明复杂化，负端子被连接到地，除非另有说明。 电容器Cl和电容器C2主要具有对电压转换装置1的输出电压进行平滑并减小在电压转换装置1中产生的噪音的功能。希望电容器Cl和电容器C2具有同样的电容。另外， 为了减小劣化的影响，希望将持久性难以劣化的陶瓷电容器用作电容器Cl和电容器C2。开关元件Ql和Q2受到控制，使得开关元件Ql与Q2中的一个在另一个被关断的同时开通。可选择开关元件Ql与Q2的详细控制模式(例如设置和调节死区时间的方法，
寸寸J。根据当前实施例的电压转换装置1被配置为，流经第二环路12的环路电流和流经第一环路10的环路电流具有相同的方向。也就是说，由根据当前实施例的电压转换装置1 和图1、图2所示已有构造之间的比较显然可见，根据当前实施例的电压转换装置1通过沿着图1中的线X-X折叠图1所示的已有配置来形成。通过这样做，与图1所示的已有构造形成对比的是，当电压转换装置1运行时，流经第二环路12的环路电流的方向和流经第一环路10的环路电流的方向彼此一致。在图3所示的实例中，在运行期间，随着开关装置Q2开通，开关元件Ql同步关断。 于是，如图4A所示，在图中的箭头所示的方向的环路中，电流12流经第二环路12。随着开关元件Q2从开通切换到关断，开关元件Ql同步地从关断切换到开通。因此，如图4B所示， 在图中的箭头所示的方向的环路中，电流Il流经第一环路10。通过这种方式，通过适当地控制开关元件Q2开通的持续时间(开通占空)，可以将第一直流电源的电压转换为希望的电压(降压转换)，并将电压输出到输出端子20。注意，在图3所示的实例中，正端子连接到电气负载40的另一末端(并非位于输出端子20侧的端子)，使得开关元件Q2的开关操作基本上决定了占空比，开关元件Ql作为同步整流开关元件。注意，例如，当成本被给予高于能量效率的优先级时，开关元件Ql可被省略(仅使用二极管)。另外，例如，如图5所示，负端子可连接到电气负载40的另一末端 (并非位于输出端子20侧的端子)。在这种情况下，与图3所示的实例相反，开关元件Ql 的开关操作基本上决定占空比，开关元件Q2作为同步整流开关元件。注意，在图5所示的实例中，例如，当成本被给予高于能量效率的优先级时，开关元件Q2也可被省略(仅使用二极管)。顺便提及，如上面参照图2所介绍，当图1所示的电压转换装置的电路构造以平面形式直接布置时，存在这样的问题当开关元件Q2高速开通或关断时，具有相反方向的穿过第一环路的磁场和穿过第二环路的磁场以高速交替产生，因此，发生由于磁场中的高频波动带来的高频噪音。相反，使用图4A、4B所示的根据当前实施例的电压转换装置1，当开关元件Q2高速开通或关断时，电流Il的方向和电流12的方向相同，具有相同方向的穿过第一环路的磁场和穿过第二环路的磁场高速地交替产生。因此，可以减小由于第一环路10和第二环路12 的共用环路部分(图3中的宽线(wide line)所示的环路部分70)——也就是说，第一环路 10和第二环路12之间的重叠部分80(见图1 ——中的磁场高速波动产生的高频噪音。为了高效地获得上述效果，希望第一环路10和第二环路12这样形成使得共用环路部分(图3中的宽线所示的环路部分70)的面积大。图6A至图6B为波形图，示出了上面介绍的实施例中的磁通波动减小效果。如上所述，随着开关元件Q2和Ql以彼此反转的预定占空比受到驱动，电流以图6A 所示的波形流经第二环路12，电流以图6B所示的波形流经第一环路10。此时，由于流经第二环路12的电流，穿过第二环路12的磁通φ2以图6C所示的波形(时系列)产生，由于流经第一环路10的电流，穿过第一环路10的磁通φ 以图6D所示的波形(时系列)产生。上面的磁通φ2和φ 分别以大的量在短时间段内波动，这是由于开关元件Q2和Ql以高速受到驱动。在当前实施例中，如上所述，流经第二环路12的环路电流和流经第一环路10的环路电流具有相同的方向，图6C所示的磁通φ2和图6D所示的磁通φ 具有相同的方向。因此， 这些波形(时系列)的复合波形不具有陡峭的波动，如图6Ε所示。也就是说，具有小的时间波动的磁通变化在第一环路10与第二环路12的公共环路部分70 (见图；3)中实现，也就是说，在第一环路10和第二环路12之间的重叠部分80(见图12)中实现。通过这种方式， 使用根据当前实施例的电压转换装置1，可以有效地减小磁通φ1+φ2中的高频波动产生的噪音。图7Α与图7Β示出了实现根据该实施例的电压转换装置1的电路构造的安装实例。图7Α示出了印刷电路板的前表面的构造。图7Β示出了印刷电路板的后表面的构造。 注意，基材可以为所选择的类型的基材，例如可以为挠性基材。在图7Α和图7Β所示的实例中，第一环路10和第二环路12全部被布置在基材的同一表面(基材的前表面)。如图7Α所示，希望在第一环路10中将开关元件Ql连接到电容器Cl的图案尽可能接近第二环路12中用于将开关元件Q2连接到电容器C2的图案地布置。通过这样做，可以通过增大第一环路10和第二环路12的公共环路部分的面积(见图 3中的参考标号70)来改进噪音减小效果。如图7Β所示，地电位通过例如铜固体图案在基材的后表面上形成。经由在开关元件Q2和电容器C2之间的中点上形成的贯通孔，第二环路12连接到基材的后表面(接地表面)。注意，希望贯通孔80尽可能接近在第二环路12 中用于将开关元件Q2连接到电容器C2的图案地布置，并可在第二环路12中用于将开关元件Q2连接到电容器C2的图案上形成。图8Α和图8Β示出了实现根据该实施例的电压转换装置1的电路构造的另一安装实例。图8Α示出了印刷电路板的前表面的构造。图8Β示出了印刷电路板的后表面的构造。 注意，基材可以为所选类型的基材，并可以为例如挠性基材。在图8Α和图8Β所示的实例中，第一环路10和第二环路12几乎全部被布置在基材的同一表面(基材的前表面)上。也就是说，图8Α和图8Β所示的实例与图7Α以及图7Β 的主要不同之处在于，布线的部分被设置在基材的后表面上。具体而言，在图8Α和图8Β所示的实例中，开关元件Q2的源极经由贯通孔83连接到基材的后表面(接地表面)。另外， 电容器C2的邻近开关元件Q2的一侧经由贯通孔84连接到基材的后表面(接地表面)。通过这样做，开关元件Q2和电容器C2之间的中点连接到地。另外，开关元件Q2的漏极和电感L经由贯通孔82和81由基材的后表面的非导电区域90中的布线图案86连接。在这种情况下，相比于图7A和图7B的实例，可以邻近于第一环路10中将开关元件Ql的源极连接到电感L的布线图案地放置在第二环路12中将开关元件Q2的漏极连接到电感L的布线图案86 (最终，可以在基材的前后面上的重叠位置布置布线图案)。因此，可以增大公共环路部分70的环路面积(见图幻与第一环路10或第二环路12的环路面积的比。由类似的观察点，如图8A中的X2区域所示，第二环路12从公共环路部分70的分支点被布置为邻近电容器C2，由此增大公共环路部分70 (见图幻的环路面积与第一环路10或第二环路12的环路面积的比(见图7A的区域XI，以便比较)。通过根据上述实施例的电压转换装置1，可特别获得下面的有利效果。如上所述，电压转换装置1被配置为，在电压转换装置1的运行期间，使得流经第一环路10的电流和流经第二环路12的电流具有相同的方向。因此，可以有效地减小由于高频波动引起的高频噪音。另外，第一环路10和第二环路12的全部(或至少是相应电路的元件全部)被布置在基材的同一表面上。因此，相比于第一环路10和第二环路12的部分元件被布置在基材后表面的情况，安装效率是有利的，热辐射结构设计灵活性等等得到改进。另外，例如，通过在不布置元件的一侧设置噪音阻塞装置(例如表面层或另一基材层，例如上面介绍的固体地)，容易地改进了免疫(immunity)性能，图9A至图11示出了检查当前实施例的效果的测试结果。图9A和9B示出了基材的构造，该基材按照根据图3所示当前实施例的电压转换装置1试生产。图9A示出了印刷电路板的前表面的构造。图9B示出了印刷电路板的后表面的构造。另外，图IOA和图IOB 示出了按照作为比较性实例的图1所示已有电压转换装置试生产的基材的构造。图IOA示出了印刷电路板的前表面。图IOB示出了印刷电路板的后表面。在图9A、图9B、图10A、图 IOB中，阴影73所示的部分对应于电源系统的电路部分(正端子侧；在此实例中，+B系统)。 阴影71所示的部分对应于输出部分的电路部分。阴影72所示的部分对应于接地系统的电路部分(负端子侧)。图11示出了实际运行图9A和图9B所示的装置测量的噪音波形和实际运行图IOA 和图IOB所示的装置测量的噪音波形。在图11中，根据当前实施例的电压转换装置1的噪音特征用实线表示，已有配置的噪音特征用虚线表示。由图11可见，根据当前实施例，相比于已有配置的噪音特性，噪音等级大大减小。下面，将介绍根据当前实施例高效获得上面介绍的噪音减小效果(见图6A到图 6E)的配置。这里，将用两种方法介绍高效获得噪音减小效果的配置。第一方法为使得第一环路10和第二环路12之间的重叠部分的面积大于或等于第一环路10和第二环路12的不彼此重叠的部分(非重叠部分)的面积。注意，面积为在磁通穿过的方向观看的面积(磁通穿过的面积)。图12示出了第一方法。在图12中，第一环路10和第二环路12之间的重叠部分由阴影80指示，第一环路10和第二环路12不彼此重叠的部分(非重叠部分)用阴影82 指示。因此，在第一方法中，第一环路10和第二环路12之间的重叠部分80的面积Sl'被设置为大于或等于第一环路10和第二环路12之间的非重叠部分82的面积S2。
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这里，重叠部分80的磁场和磁导率分别用Hl和μ 1表示，非重叠部分82的磁场和磁导率分别用Η2和μι表示。注意，磁场Hl在重叠部分80中由电流Il (见图4Β)产生， 磁场Η2在非重叠部分82中由电流12(见图4Α)产生。此时，在电流Il流动时产生的磁通 Φ 1表达如下。Φ1 = / Bl · S = kl · μ 1(Η1 · Sl' +Η2 · S2) · Il类似地，当电流12流动时产生的磁通Φ2表达如下。Φ2 = / Β2 · S = k2 · μ 1 · Hl · Sl' · 12由上可见，kl · Il近似于k2 · 12，故而，当Sl'充分大于S2时，Φ 1近似于Φ2。 因此，看起来可以抑制陡峭的磁通波动。尽管其依赖于实际维度或类似物，希望第一环路10 面积的绝对值和第二环路12面积的绝对值尽可能小。第二方法为，磁构件被布置在第一环路10和第二环路12之间的重叠部分80中。 注意，当然，第二方法可与上面介绍的第一方法组合，在这种情况下，可以获得包括相应的有利效果在内的有利效果。图13和图14示出了第二方法。在图13所示的实例中，磁构件90和92被布置在第一环路10和第二环路12之间的重叠部分80中。磁构件可仅仅为此目的设置，并可满足希望地为附加的另一目的设置。在图13所示的实例中，磁构件90为基材安装螺栓或定位销。也就是说，磁构件90为金属紧固器——例如螺栓——以及定位销，用于将其上形成有第一环路10和第二环路12的基材安装到外壳部件构件(构成外壳的构件)。另外，磁构件92为用于冷却开关元件Q2的散热板。注意，磁构件92可以为对开关元件Ql和开关元件Q2进行冷却的散热板，或者为对开关元件Ql而不是开关元件Q2进行冷却的散热板。在图14中，磁材料被布置在重叠部分80中的部分(下面称为“磁性部分”)用阴影84示出。这里，重叠部分80的磁场和磁导率分别用Hl和μ 1表示，非重叠部分82的磁场和磁导率分别用Η2和μ 1表示，磁性部分84的面积、磁场和磁导率分别用S3、H3和μ 2 表示。另外，除了磁性部分84以外重叠部分80的面积用Sl表示。于是，当电流Il流动时产生的磁通Φ 1表示如下。Φ1 = / Bl · S = kl · {μ 1 · (Hl · S1+H2 · S2) + μ 2 · Η3 · S3} · Il类似地，当电流12流动时产生的磁通Φ2表示如下。Φ 2 = / Β2 · S = k2 · {μ 1 · Hl · Sl+ μ 2 · H3 · S3} · 12由上可见，kl · Il近似于k2· 12，故而，当Sl (或S1+S3)充分大于S2时，Φ1近似于Φ2。因此，看来可以抑制陡峭的磁通波动。另外，希望磁构件90的磁导率大于或等于 500，故而甚至在S2颇大时可以建立起Φ1近似于Φ 2的关系。图15Α到图17示出了用于检查上面介绍的第一方法获得的噪音减小效果的测试结果。图15Α和图15Β示出了按照根据图3所示当前实施例的电压转换装置1试生产的基材的构造，并示出了当重叠部分80的面积Sl ‘基本等于非重叠部分82的面积S2时的基材构造。图15Α示出了印刷电路板的前表面的构造。图15Β示出了印刷电路板的后表面的构造。另外，图16Α和图16Β示出了按照根据图3所示当前实施例的电压转换装置1试生产的基材的构造，并示出了当重叠部分80的面积Sl ‘大大大于非重叠部分82的面积S2时的基材的构造(在此实例中，非重叠部分82具有小的面积，故未在图中示出)。图16Α示出了印刷电路板的前表面的构造。图16Β示出了印刷电路板的后表面的构造。另外，图IOA和图IOB示出了按照作为比较性实例的图1所示已有电压转换装置试生产的基材的构造。图 IOA示出了印刷电路板的前表面的构造。图IOB示出了印刷电路板的后表面的构造。在图 15A到图16B、图IOA和图IOB中，阴影73所示的部分对应于电源系统的电路部分(正端子侧；在此实例中，+B系统)。阴影71所示的部分对应于输出部分的电路部分。阴影72所示的部分对应于接地系统的电路部分(负端子侧)。图17示出了实际运行图15A和图15B所示的装置测量的噪音波形，实际运行图 16A和图16B所示的装置测量的噪音波形，以及实际运行图IOA与图IOB所示的装置测量的噪音波形。在图17中，根据当前实施例的电压转换装置1的噪音特征用实线Al和A2指示，已有构造的噪音特征用虚线表示。由图17可见，根据当前实施例，相比于已有构造的噪音特征，噪音等级大大减小。另外，看起来，即使当重叠部分80的面积Sl'基本等于非重叠部分82的面积S2时，如实线Al所示，相比于已有构造，噪音等级大大减小。另外，看起来， 当重叠部分80的面积Sl ‘大大大于非重叠部分82的面积S2时，如实线A2所示，相比于重叠部分80的面积Sl'基本等于非重叠部分82的面积S2的情况，噪音等级进一步减小。因此，在当前实施例中，希望重叠部分80的面积Sl'大于非重叠部分82的面积 S2，更加希望的是，重叠部分80的面积Sl'大于或等于非重叠部分82的面积的两倍，进一步希望的是，重叠部分80的面积Sl ‘大于或等于非重叠部分82的面积的十倍。图18为一图表，示出了用于检查通过上面介绍的第二方法(布置磁物质)的噪音减小效果的测试结果。图18用曲线Bl示出了不在图16A和图16B所示的基材构造中的重叠部分80中布置磁物质的情况的结果，用曲线B2示出了在图16A和图16B所示的基材构造中的重叠部分80中布置磁物质的情况下的结果。由图18可见，当磁物质被布置在第一环路10和第二环路12之间的重叠部分80中时，相比于不在重叠部分80中布置磁物质的情况，噪音水平进一步减小。图19为一构造图，其示出了根据本发明的实施例的电气负载驱动装置200。根据当前实施例的电气负载驱动装置200包含电气负载驱动电路装置201、控制目标信号产生装置(PCM) 202、直流电源203。电气负载驱动电路装置201包含上面介绍的电压转换装置1，并包含内部电源电路101、输入信号接口电路102、开关占空比产生电路103 和开关元件驱动电路104。注意，端子Tl和T4对应于上面介绍的正端子，端子T3对应于负端子，T5对应于电压转换装置1的输出端子20。注意，代替电压转换装置1的是，可使用根据其他实施例的电压转换装置2或3，其将在后面介绍。在图19所示的实例中，电气负载40为电感性负载，并为用于车辆发动机的燃料泵。然而，电气负载40可以为所选择的电气负载，例如风扇和转向助力电动机。另外，开关 Sl对应于点火开关。控制目标信号产生装置202由微计算机构成，例如可以为对车辆发动机进行控制的EFI-ECU。控制目标信号产生装置202确定燃料泵的控制目标值(例如目标旋转速度)， 并将表示控制目标值的控制目标信号输入到电气负载驱动电路装置201。注意，控制目标信号产生装置202以来自直流电源203的电源电压运行，并可在内部包含降压电路或类似电路。来自控制目标信号产生装置202的控制目标信号由控制目标信号产生装置202的输入信号接口电路102进行处理，开关占空比产生电路103确定用于实现控制目标值的占空比。于是，开关元件驱动电路104基于所确定的占空比进行开关元件Ql与Q2上的开关控制。上面详细介绍了本发明的实施例，然而，本发明的实施形态不限于上面介绍的实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，上面介绍的实施例可进行多种修改或替换。例如，在上面的实施例中，介绍了流经第一环路10的电流和流经第二环路12的电流在电压转换装置1运行期间具有同样的方向的构造的具体实例，然而，本发明的实施形态不限于这种构造。例如，如图20所示，可添加与图3所示的构造等效的修改内容。另外， 在图3所示的构造中，或在类似物中，第二环路12由第一环路10围绕。相反，作为替代的， 第一环路10可由第二环路12围绕。或者，在图3所示的构造中，公共环路部分70 (公共部分的长度)占整个环路长度的至少一半或更大的比率，以及占据整个环路长度的大约三分之二到四分之三的比率。作为替代的是，如图21所示，公共环路部分与整个环路长度的比率可能小于整个环路长度的一半。使用上面介绍的构造，同样地，第二环路12由第一环路 10围绕，故可以获得上面介绍的噪音减小效果。另外，在上面介绍的实施例中，例如，如图7A和7B或图8A和图8B所示，第二环路 12经由贯通孔80连接到基材的后表面(接地表面)；然而，本发明的实施形态不限于这种构造。例如，如图22A和图22B所示，第二环路12可经由以绝缘方式跨骑第一环路10的芯片跳线器50 (或这种类型的元件)连接到在基材的前表面形成的地(负端子)。注意，图 22B对应于沿着图22k的线P-P取得的截面图。使用图22k和图22B所示的构造，有利之处在于可在基材的一侧实现希望的布线图案和部件布置。另外，在上面介绍的实例中，例如，为了改进免疫性能，第一环路10和第二环路12 二者的部件(主要为元件)在基材的同一表面形成，第一环路10和第二环路2中的一个或第一环路10与第二环路2的任意一个的部分可在同一基材的后表面形成，或者，可在上述基材上堆叠的另一基材上形成。另外，在上面介绍的实施例中，本发明的实施形态应用于降压电压转换装置。作为替代的是，本发明的实施形态可应用于升压或双向电压转换装置。
权利要求
1.一种电压转换装置，包含第一环路，其包含第一开关元件；以及第二环路，其中，第一环路和第二环路包含共用的电感元件，其中， 当第一开关元件被开通或关断时，电流交替地流经第一环路或第二环路， 当第一开关元件开通时形成并穿过第一环路的磁场和在第一开关元件开通之后第一开关元件关断时形成并穿过第二环路的磁场具有相同的方向，构成第一环路和第二环路的所有元件被布置在基材的相同表面，且第二环路被连接到第二直流电源，第一环路被连接到第一直流电源，第一直流电源具有不同于第二直流电源电压的电压。
2.一种电压转换装置，包含第一环路，包含第一开关元件；以及第二环路，其中，第一环路和第二环路包含共用的电感元件，其中， 当第一开关元件被开通或关断时，电流交替流经第一环路或第二环路， 当第一开关元件被开通时形成并穿过第一环路的磁场和在第一开关元件开通之后第一开关元件关断时形成并穿过第二环路的磁场具有相同的方向，且第一环路围绕的部分和第二环路围绕的部分之间的重叠部分的面积大于或等于第一环路围绕的部分或第二环路围绕的部分内的非重叠部分的面积。
3.一种电压转换装置，包含第一环路，包含第一开关元件；以及第二环路，其中，第一环路和第二环路包含共用的电感元件，其中， 当第一开关元件被开通或关断时，电流交替流经第一环路或第二环路， 当第一开关元件开通时形成并穿过第一环路的磁场和在第一开关元件开通之后第一开关元件关断时形成并穿过第二环路的磁场具有相同的方向，且磁物质被布置在第一环路围绕的部分和第二环路围绕的部分之间的重叠部分内。
4.根据权利要求1-3中任意一项的电压转换装置，其中，第一环路包含第一电容性元件，第二环路包含第二电容性元件。
5.根据权利要求1-4中任意一项的电压转换装置，其中，第二环路包含第二开关元件， 第一开关元件和第二开关元件被控制为使得第一开关元件和第二开关元件中的一个在第一开关元件和第二开关元件中的另一个被关断的同时同步地开通。
6.根据权利要求4的电压转换装置，其中，第一直流电源被连接到第一环路中的第一开关元件和第一电容性元件之间的中点。
7.根据权利要求1-3中任意一项的电压转换装置，其中，第一环路包含第一电容性元件，第二环路包含第二电容性元件， 第二环路包含第二开关元件，第一开关元件和第二开关元件被控制为使得第一开关元件和第二开关元件中的一个在第一开关元件和第二开关元件中的另一个被关断的同时同步地开通，且第二直流电源被连接到第二环路中的第二开关元件和第二电容性元件之间的中点。
8.根据权利要求1或2的电压转换装置，其中，第一环路和第二环路在公共基材上形成，磁物质被布置在第一环路围绕的部分和第二环路围绕的部分之间的基材中的重叠部分内。
9.根据权利要求1-8中任意一项的电压转换装置，其中，第一环路和第二环路在公共基材上形成，用于将基材安装在外壳部件上的金属紧固构件被布置在第一环路围绕的部分和第二环路围绕的部分之间的基材中的重叠部分内。
10.根据权利要求1-9中任意一项的电压转换装置，其中，第一环路和第二环路在公共基材上形成，用于冷却第一开关元件的金属构件被布置在第一环路围绕的部分和第二环路围绕的部分之间的基材中的重叠部分内。
11.根据权利要求5的电压转换装置，其中，第一环路和第二环路在公共基材上形成， 用于冷却第二开关元件的金属构件被布置在第一环路围绕的部分和第二环路围绕的部分之间的基材中的重叠部分内。
12.—种电压转换装置，包含第一环路，包含第一开关元件和第一电容性元件；以及第二环路，包含第二开关元件和第二电容性元件，其中，第一环路和第二环路包含共用的电感元件，其中，当第一开关元件被开通或关断时，电流交替流经第一环路或第二环路，第一直流电源或地被连接到第一环路中的第一开关元件和第一电容性元件之间的中占，具有与第一直流电源的电压不同的电压的第二直流电源被连接到第二环路中的第二开关元件和第二电容性元件之间的中点，且第一环路和第二环路被布置为使得第一环路和第二环路中的一个围绕第一环路和第二环路中的另一个。
13.根据权利要求12的电压转换装置，其中，第一环路围绕的部分和第二环路环绕的部分之间的重叠部分的面积大于或等于第一环路围绕的部分或第二环路围绕的部分中的非重叠部分的面积。
14.一种电气负载驱动装置，其驱动电气负载，包含直流电源；根据权利要求1-13中任意一项的电压转换装置，其对供自直流电源的电压的等级进行转换，接着，将电力输出到电气负载；以及控制器，其控制电压转换装置。
全文摘要
电压转换装置包含第一与第二环路(10，11)，其具有公共电感元件(L)。当第一环路的第一开关元件Q1被开通或关断时，电流交替流经第一或第二环路。当第一开关元件开通时形成并穿过第一环路的磁场和当第一开关元件在其开通后关断时形成并穿过第二环路的磁场具有相同的方向。构成第一与第二环路的所有元件布置在基材的同一表面上。第二环路连接到第二直流电源。第一环路连接到第一直流电源。
文档编号H02M1/44GK102257712SQ200980151357
公开日2011年11月23日 申请日期2009年12月17日 优先权日2008年12月18日
发明者今井孝志, 内藤隆之, 大江准三, 山本茂树, 山野上耕一, 水谷浩市, 石原伸幸, 稻田胜, 野岛昭彦 申请人:丰田自动车株式会社, 伟世通环球技术有限公司