電源電路的制作方法
【專利摘要】DCDC轉(zhuǎn)換器包含:與電力供給源連接的輸入端子、與負(fù)載連接的輸出端子、開關(guān)元件、續(xù)流二極管、電感器、輸入側(cè)平滑電容器以及輸出側(cè)平滑電容器。第一電容器將包含續(xù)流二極管、與輸出端子連接的負(fù)載以及電感器的回流路徑上的點(diǎn)和開關(guān)元件與輸入端子之間的電流路徑上的點(diǎn)連接。
【專利說(shuō)明】
電源電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及能夠減少DCDC轉(zhuǎn)換器的噪聲的電源電路。
【背景技術(shù)】
[0002]公知有包含MOSFET等開關(guān)元件、電感器、續(xù)流二極管、輸入側(cè)平滑電容器以及輸出側(cè)平滑電容器的DCDC轉(zhuǎn)換器(參照專利文獻(xiàn)I等)。
[0003]在圖12中示出專利文獻(xiàn)I所公開的DCDC轉(zhuǎn)換器的主要部分的等效電路圖。該DCDC轉(zhuǎn)換器包含開關(guān)元件Q、電感器L、續(xù)流二極管D、輸入側(cè)平滑電容器Ci以及輸出側(cè)平滑電容器Co。輸入端子20與電力供給源22連接,輸出端子21與負(fù)載23連接。在開關(guān)元件Q接通時(shí),包含電力供給源22、開關(guān)元件Q、電感器L以及負(fù)載23的電流路徑閉合。由此,從電力供給源22向負(fù)載23供給電力。
[0004]若將開關(guān)元件Q切換為斷開,則通過(guò)蓄積于電感器L的電磁能,在包含電感器L、負(fù)載23以及續(xù)流二極管D的回流路徑中流動(dòng)電流。
[0005]專利文獻(xiàn)I:日本特開2003-230270號(hào)公報(bào)
[0006]在圖12所示的DCDC轉(zhuǎn)換器中,在開關(guān)元件Q接通時(shí),噪聲電流在包含電力供給源22的電流路徑中流動(dòng)。然而,在開關(guān)元件Q斷開時(shí),噪聲電流在不包含電力供給源22的回流路徑中流動(dòng)。在噪聲電流的路徑不包含電力供給源22的情況下,變得容易產(chǎn)生噪聲。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種難以產(chǎn)生噪聲的電源電路。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn),提供一種電源電路,其具有:
[0009]DCDC轉(zhuǎn)換器,其包含與電力供給源連接的輸入端子、與負(fù)載連接的輸出端子、開關(guān)元件、續(xù)流二極管、電感器、輸入側(cè)平滑電容器以及輸出側(cè)平滑電容器;以及
[0010]第一電容器,其將包含上述續(xù)流二極管、與上述輸出端子連接的上述負(fù)載以及上述電感器的回流路徑上的點(diǎn)和上述開關(guān)元件與上述輸入端子之間的電流路徑上的點(diǎn)連接。
[0011]在開關(guān)元件斷開時(shí),形成在回流路徑中產(chǎn)生的噪聲電流通過(guò)第一電容器返回到電力供給源的噪聲電流路徑。通過(guò)形成返回到電力供給源的噪聲電流路徑,能夠減少噪聲的產(chǎn)生。
[0012]優(yōu)選在開關(guān)噪聲的頻帶中,使上述第一電容器的阻抗比上述回流路徑的阻抗小。通過(guò)減小第一電容器的阻抗,噪聲電流容易流向第一電容器。
[0013]也可以為具有第二電容器的結(jié)構(gòu),該第二電容器將比上述回流路徑靠近上述輸入端子側(cè)的電流路徑與上述回流路徑上的點(diǎn)連接。通過(guò)與上述輸入端子連接的上述電力供給源、上述開關(guān)元件以及上述第二電容器,形成不包含與上述輸出端子連接的上述負(fù)載的環(huán)狀的噪聲電流路徑。
[0014]—般而言,不包含負(fù)載的環(huán)狀的噪聲電流路徑比包含負(fù)載的電流路徑短。通過(guò)縮短噪聲電流路徑,能夠減少噪聲。
[0015]在開關(guān)元件斷開時(shí),形成在回流路徑中產(chǎn)生的噪聲電流通過(guò)第一電容器返回到電力供給源的噪聲電流路徑。通過(guò)形成返回到電力供給源的噪聲電流路徑,能夠減少噪聲的產(chǎn)生。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是實(shí)施例1的電源電路的等效電路圖。
[00?7]圖2是表不在實(shí)施例1的電源電路中開關(guān)兀件接通時(shí)的電流的流向的等效電路圖。
[0018]圖3是表示在實(shí)施例1的電源電路中將開關(guān)元件切換為斷開時(shí)的電流的流向的等效電路圖。
[0019]圖4A以及圖4B是分別表示水平極化波以及垂直極化波的輻射噪聲的測(cè)定結(jié)果的曲線圖。
[0020]圖5是實(shí)施例2的電源電路的等效電路圖。
[0021 ]圖6是表不在實(shí)施例2的電源電路中開關(guān)兀件接通時(shí)的電流的流向的等效電路圖。
[0022]圖7是表示在實(shí)施例2的電源電路中將開關(guān)元件切換為斷開時(shí)的電流的流向的等效電路圖。
[0023]圖8A以及圖SB是分別表示水平極化波以及垂直極化波的輻射噪聲的測(cè)定結(jié)果的曲線圖。
[0024]圖9是實(shí)施例3的電源電路的等效電路圖。
[0025]圖10是表不在實(shí)施例3的電源電路中開關(guān)兀件接通時(shí)的電流的流向的等效電路圖。
[0026]圖11是表示在實(shí)施例3的電源電路中將開關(guān)元件切換為斷開時(shí)的電流的流向的等效電路圖。
[0027 ]圖12是現(xiàn)有例的電源電路的等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028][實(shí)施例1]
[0029]在圖1中示出實(shí)施例1的電源電路的等效電路圖。實(shí)施例1的電源電路包含輸入端子20、輸出端子21、D⑶C轉(zhuǎn)換器25、串聯(lián)電阻元件Rs、并聯(lián)電阻元件Rp以及第一電容器Ca。DCDC轉(zhuǎn)換器25包含輸入側(cè)平滑電容器C1、開關(guān)元件Q、續(xù)流二極管D、電感器L以及輸出側(cè)平滑電容器Co。
[0030]在輸入端子20上連接有電力供給源22。電力供給源22經(jīng)由AC電纜26與工業(yè)電源連接,將從工業(yè)電源供給的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流,并將直流電流從輸入端子20供給至D⑶C轉(zhuǎn)換器25。電力供給源22例如包含二極管橋式電路等。在輸出端子21上,經(jīng)由DC電纜27連接有負(fù)載23。作為負(fù)載23,例如使用照明用發(fā)光二極管。
[0031 ]輸入端子20的正極和輸出端子21的正極直接連結(jié)。從輸入端子20的負(fù)極朝向輸出端子21的負(fù)極,依次以串聯(lián)的方式插入有開關(guān)元件Q、電感器L以及串聯(lián)電阻元件Rs。在輸入端子20的負(fù)極與正極之間,插入有輸入側(cè)平滑電容器Ci。在電感器L與串聯(lián)電阻元件Rs的相互連接點(diǎn)和輸出端子21的正極之間,插入有輸出側(cè)平滑電容器Co。在與輸出端子21連接的負(fù)載23上,并聯(lián)連接有并聯(lián)電阻元件Rp。
[0032]作為一個(gè)例子,輸入側(cè)平滑電容器Ci由相互并聯(lián)連接的靜電電容為6.SyF的兩個(gè)電解電容器構(gòu)成。輸出側(cè)平滑電容器Co使用靜電電容為1yF的電解電容器。電感器L的電感例如是ImH。并聯(lián)電阻元件Rp用于在負(fù)載23被卸下的狀態(tài)時(shí),使輸出側(cè)平滑電容器Co迅速放電。并聯(lián)電阻元件Rp的電阻值例如是數(shù)kQ。串聯(lián)電阻元件Rs是電流測(cè)定用,其電阻值例如是5.6Ω。
[0033]開關(guān)元件Q與電感器L的相互連接點(diǎn)經(jīng)由續(xù)流二極管D與將輸入端子20的正極與輸出端子21的正極連接的電流路徑的中間點(diǎn)連接。在開關(guān)元件Q接通時(shí),由電力供給源22、負(fù)載23、串聯(lián)電阻元件Rs、電感器L以及開關(guān)元件Q構(gòu)成的電流路徑閉合,從而從電力供給源22向負(fù)載23供給電力。若將開關(guān)元件Q切換為斷開,則在由電感器L、續(xù)流二極管D、負(fù)載23以及串聯(lián)電阻元件Rs構(gòu)成的回流路徑中流動(dòng)電流。
[0034]回流路徑上的點(diǎn)(以下,稱為“分支點(diǎn)P1”。)經(jīng)由第一電容器Ca與開關(guān)元件Q和輸入端子20的負(fù)極之間的電流路徑上的點(diǎn)連接。在圖1中,第一電容器Ca的一個(gè)電極與續(xù)流二極管D的陰極和輸出端子21之間的點(diǎn)連接。例如,能夠?qū)⒌谝浑娙萜鰿a連接于輸出側(cè)平滑電容器Co的引線與印刷電路基板上的布線的連接點(diǎn)。第一電容器Ca的另一個(gè)電極能夠連接于輸入側(cè)平滑電容器Ci的引線與印刷電路基板的布線的連接點(diǎn)。第一電容器Ca使用與電解電容器相比高頻特性優(yōu)異的電容器、例如層疊陶瓷電容器等。第一電容器Ca的靜電電容例如是InFο在噪聲的頻帶中,第一電容器Ca的阻抗比輸出側(cè)平滑電容器Co、輸入側(cè)平滑電容器Ci的阻抗小。
[0035]在圖2中示出開關(guān)元件Q接通時(shí)的電流的流向。通過(guò)從輸入端子20的正極經(jīng)由負(fù)載23、串聯(lián)電阻元件Rs、電感器L以及開關(guān)元件Q并返回到輸入端子20的負(fù)極的電流路徑30閉合,從而直流電流流動(dòng)。此時(shí),續(xù)流二極管D為斷開狀態(tài)。
[0036]在圖3中示出將開關(guān)元件Q切換為斷開時(shí)的電流的流向。回流電流從電感器L在由續(xù)流二極管D、負(fù)載23以及串聯(lián)電阻元件Rs構(gòu)成的回流路徑35中流動(dòng)。在將續(xù)流二極管D從斷開切換為接通時(shí),產(chǎn)生開關(guān)噪聲。在未連接有第一電容器Ca的情況下,噪聲電流在與電力供給源22分開的回流路徑35中流動(dòng)。在將噪聲電流的路徑與電力供給源22分開的情況下,容易產(chǎn)生噪聲。
[0037]若插入第一電容器Ca,則噪聲電流通過(guò)包含第一電容器Ca的路徑36返回到電力供給源2 2。因此,能夠抑制噪聲的產(chǎn)生。
[0038]噪聲電流所流動(dòng)的路徑根據(jù)從分支點(diǎn)Pl觀察負(fù)載23側(cè)時(shí)的阻抗與第一電容器Ca自身的阻抗之間的大小關(guān)系來(lái)決定。為了使噪聲電流返回到電力供給源22,優(yōu)選在開關(guān)噪聲的頻帶(約30MHz?300MHz)中,使第一電容器Ca的阻抗比從分支點(diǎn)Pl觀察負(fù)載23側(cè)時(shí)的阻抗小。
[0039]參照?qǐng)D4A以及圖4B,對(duì)從電源電路輻射出的輻射噪聲的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。圖4A以及圖4B分別表示水平極化波以及垂直極化波的輻射噪聲的測(cè)定結(jié)果。圖4A以及圖4B的橫軸以單位“MHz”來(lái)表示頻率,縱軸以單位“dByV/m”來(lái)表示噪聲電平。在圖4A以及圖4B中,細(xì)實(shí)線a表不來(lái)自未插入第一電容器Ca的電源電路的福射噪聲,粗實(shí)線b表不來(lái)自插入有第一電容器Ca的電源電路的輻射噪聲。
[0040]在輻射噪聲的測(cè)定中,將電源電路的基板放置在測(cè)定臺(tái)上并相對(duì)于地面配置成水平,且將從基板到測(cè)定天線的水平距離設(shè)為3m。改變測(cè)定天線的高度方向的位置以及基板的旋轉(zhuǎn)方向的姿勢(shì),并且在電磁噪聲最大的條件下進(jìn)行了測(cè)定。開關(guān)的頻率是50kHz?I OOkHz。如圖4A以及圖4B所不可知,通過(guò)插入第一電容器Ca,實(shí)現(xiàn)了福射噪聲的減少。
[0041]對(duì)于輸入側(cè)平滑電容器Ci以及輸出側(cè)平滑電容器Co的電極的電位而言,在開關(guān)的頻帶中變動(dòng)被抑制,難以因開關(guān)而變動(dòng)。通過(guò)將第一電容器Ca連接在輸入側(cè)平滑電容器Ci以及輸出側(cè)平滑電容器Co的引線與印刷電路基板上的布線的連接點(diǎn),基于第一電容器Ca的對(duì)開關(guān)動(dòng)作的影響減少。
[0042][實(shí)施例2]
[0043]在圖5中示出實(shí)施例2的電源電路的等效電路圖。以下,對(duì)與圖1?圖3所示的實(shí)施例I的不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明,對(duì)于相同的結(jié)構(gòu)省略說(shuō)明。實(shí)施例2的電源電路除了第一電容器Ca以外,還具有第二電容器Cb。第二電容器Cb將比回流路徑35靠近輸入端子20側(cè)的電流路徑上的分支點(diǎn)P2與回流路徑35上的點(diǎn)連接。以由電力供給源22、第二電容器Cb、電感器L以及開關(guān)元件Q形成不包含負(fù)載23的環(huán)狀的電流路徑的方式,來(lái)選擇第二電容器Cb的連接點(diǎn)。例如,第二電容器Cb將輸入側(cè)平滑電容器Ci的正極和輸出側(cè)平滑電容器Co的負(fù)極連接。第二電容器Cb與第一電容器Ca相同地使用與電解電容器相比高頻區(qū)域中的特性優(yōu)異的電容器、例如層疊陶瓷電容器等。在噪聲的頻帶中,第二電容器Cb的阻抗比輸出側(cè)平滑電容器Co、輸入側(cè)平滑電容器Ci的阻抗小。
[0044]在圖6中示出開關(guān)元件Q接通時(shí)的電流的流向。與圖2所示的實(shí)施例1的情況相同,由電力供給源22、負(fù)載23、串聯(lián)電阻元件Rs、電感器L、開關(guān)元件Q構(gòu)成的電流路徑30閉合,直流電流在該電流路徑30中流動(dòng)。從輸入端子20的正極朝向負(fù)載23的噪聲電流的一部分成分在分支點(diǎn)P2處從直流電流的電流路徑30分支并沿著通過(guò)第二電容器Cb的路徑37流動(dòng),其它成分在分支點(diǎn)Pl處從電流路徑30分支并沿著通過(guò)第一電容器Ca的路徑38流動(dòng)。
[0045]在未插入第一電容器Ca以及第二電容器Cb的情況下,噪聲電流與直流電流相同地以通過(guò)電流路徑30的方式流動(dòng)。一般而言,負(fù)載23的電流路徑的長(zhǎng)度比電源電路內(nèi)的電流路徑長(zhǎng)。作為一個(gè)例子,在負(fù)載23是照明用的發(fā)光二極管的情況下,負(fù)載23的電流路徑的長(zhǎng)度是200mm?300mm左右。與此相對(duì),電源電路內(nèi)的電流路徑的長(zhǎng)度是50mm?160mm左右。若噪聲電流與直流電流在相同的電流路徑30中流動(dòng),則其全長(zhǎng)為250mm?460mm左右。與此相對(duì),由第二電容器Cb、電感器L及開關(guān)元件Q構(gòu)成的環(huán)狀的路徑37的長(zhǎng)度、以及由第一電容器Ca構(gòu)成的路徑38的長(zhǎng)度均為160mm以下。
[0046]像這樣,通過(guò)插入第一電容器Ca以及第二電容器Cb,能夠縮短噪聲電流流動(dòng)的環(huán)狀的電流路徑。通過(guò)噪聲電流流動(dòng)的電流路徑的環(huán)變小,能夠減少輻射噪聲的產(chǎn)生。
[0047]在圖7中示出將開關(guān)元件Q切換為斷開時(shí)的電流的流向。與圖3所示的實(shí)施例1的情況相同,噪聲電流通過(guò)包含第一電容器Ca的路徑36返回到電力供給源22。并且,噪聲電流的一部分流過(guò)第二電容器Cb。因此,與實(shí)施例1的情況相同,能夠減少輻射噪聲的產(chǎn)生。
[0048]參照?qǐng)D8A以及圖8B,對(duì)從實(shí)施例2的電源電路輻射出的輻射噪聲的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。圖8A以及圖SB分別表示水平極化波以及垂直極化波的輻射噪聲的測(cè)定結(jié)果。圖8A以及圖8B的橫軸以單位“MHz”來(lái)表示頻率,縱軸以單位“dByV/m”來(lái)表示噪聲電平。在圖8A以及圖SB中,細(xì)實(shí)線c表示來(lái)自未插入第一電容器Ca以及第二電容器Cb中的任意一個(gè)的電源電路的輻射噪聲,粗實(shí)線d表示來(lái)自插入有第一電容器Ca以及第二電容器Cb的電源電路的輻射噪聲。[0049 ]輻射噪聲的測(cè)定在與圖4A以及圖4B所示的實(shí)施例1的電源電路的測(cè)定條件相同的條件下進(jìn)行。可知:通過(guò)插入第一電容器Ca以及第二電容器Cb,能夠?qū)崿F(xiàn)輻射噪聲的減少。
[0050][實(shí)施例3]
[0051 ]圖9示出實(shí)施例3的電源電路的等效電路圖。以下,對(duì)與圖5所示的實(shí)施例2的不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明,對(duì)于相同的結(jié)構(gòu)省略說(shuō)明。
[0052]在實(shí)施例2中,在DCDC轉(zhuǎn)換器25(圖5)的低電壓側(cè)的電流路徑上插入了開關(guān)元件Q以及電感器L。在實(shí)施例3中,在DCDC轉(zhuǎn)換器25的高電壓側(cè)的電流路徑上,插入有開關(guān)元件Q以及電感器L。由電感器L、負(fù)載23、串聯(lián)電阻元件Rs以及續(xù)流二極管D構(gòu)成的回流路徑42上的點(diǎn)經(jīng)由第一電容器Ca與輸入端子20的正極和開關(guān)元件Q之間的點(diǎn)連接。具體而言,第一電容器Ca將輸出側(cè)平滑電容器Co的正極與輸入端子20的正極連接。以下,將回流路徑42與輸出側(cè)平滑電容器Co的正極的引線之間的連接點(diǎn)稱為分支點(diǎn)P3。
[0053]分支點(diǎn)P3經(jīng)由第二電容器Cb與輸入側(cè)平滑電容器Ci的負(fù)極連接。第一電容器Ca以及第二電容器Cb使用與電解電容器相比高頻特性優(yōu)異的電容器、例如層疊陶瓷電容器等。在噪聲的頻帶中,第一電容器Ca以及第二電容器Cb的阻抗比輸出側(cè)平滑電容器Co、輸入側(cè)平滑電容器Ci的阻抗小。
[0054]在圖10示出開關(guān)元件Q接通時(shí)的電流的流向。直流電流在包含開關(guān)元件Q、電感器L、負(fù)載23以及串聯(lián)電阻元件Rs的電流路徑40中流動(dòng)。噪聲電流在分支點(diǎn)P3處從電流路徑40分支并沿著包含第二電容器Cb的噪聲電流路徑41返回到電力供給源22。因此,噪聲電流的環(huán)狀的路徑的長(zhǎng)度變得比直流電流的電流路徑40短。由此,能夠減少輻射噪聲的產(chǎn)生。
[0055]在圖11中示出將開關(guān)元件Q切換為斷開時(shí)的電流的流向?;亓麟娏髟诨亓髀窂?2中流動(dòng)。噪聲電流通過(guò)在包含電力供給源22以及第一電容器Ca的噪聲電流路徑43中流動(dòng),從而返回到電力供給源22。因此,與圖3所示的實(shí)施例1的將開關(guān)元件Q切換為斷開時(shí)相同,能夠減少輻射噪聲的產(chǎn)生。并且,噪聲電流通過(guò)第二電容器Cb返回到電力供給源22。因此,也能夠得到噪聲電流流動(dòng)的環(huán)狀的路徑縮短的效果。
[0056]根據(jù)以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明,但本發(fā)明并沒有被這些實(shí)施例限制。例如,能夠進(jìn)行各種變更、改進(jìn)、組合等,這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。
[0057]附圖標(biāo)記說(shuō)明:20...輸入端子;21...輸出端子;22...電力供給源;23...負(fù)載;25...D⑶C轉(zhuǎn)換器;26…AC電源電纜;27…DC電源電纜;30…開關(guān)元件接通時(shí)的直流電流的電流路徑;35…開關(guān)元件斷開時(shí)的回流路徑;36、37、38...噪聲電流的路徑;40…直流電流路徑;41…噪聲電流路徑;42…開關(guān)元件斷開時(shí)的回流路徑;43…噪聲電流路徑;Ca…第一電容器;Cb…第二電容器;Ci...輸入側(cè)平滑電容器;Co…輸出側(cè)平滑電容器;D…續(xù)流二極管;L...電感器;Pl、Ρ2、Ρ3.._分支點(diǎn);Q…開關(guān)元件;Rs...串聯(lián)電阻元件;Rp…并聯(lián)電阻元件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電源電路,具有: DCDC轉(zhuǎn)換器,其包含與電力供給源連接的輸入端子、與負(fù)載連接的輸出端子、開關(guān)元件、續(xù)流二極管、電感器、輸入側(cè)平滑電容器以及輸出側(cè)平滑電容器;以及 第一電容器,其將包含所述續(xù)流二極管、與所述輸出端子連接的所述負(fù)載以及所述電感器的回流路徑上的點(diǎn)和所述開關(guān)元件與所述輸入端子之間的電流路徑上的點(diǎn)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源電路,其中, 在開關(guān)噪聲的頻帶中,所述第一電容器的阻抗比所述回流路徑的阻抗小。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源電路,其中, 所述電源電路還具有第二電容器,所述第二電容器將比所述回流路徑靠近所述輸入端子側(cè)的電流路徑與所述回流路徑上的點(diǎn)連接, 與所述輸入端子連接的所述電力供給源、所述開關(guān)元件以及所述第二電容器形成不包含與所述輸出端子連接的所述負(fù)載的環(huán)狀的噪聲電流路徑。
【文檔編號(hào)】H02M3/155GK105874697SQ201480071022
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2014年12月8日
【發(fā)明人】伊藤健, 伊藤健一
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社村田制作所