TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
公開番号2020171160
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201015
出願番号2019071968
出願日20190404
発明の名称電子制御装置
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人 サトー国際特許事務所
主分類H02M 3/155 20060101AFI20200918BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】プリント基板に螺旋状に配線を形成したパターンコイルを用いて構成したとしても放射電磁ノイズを抑制できるようにした電子制御装置を提供する。
【解決手段】電子制御装置100は、プリント基板11の上にスイッチング電源回路101を備える。スイッチング電源回路101は、互いに位相が異なる複数相分のパルスを出力するスイッチング部と、スイッチング部の出力パルスを平滑した平滑電圧を電源出力する電源出力部と、を備える。電源出力部は、プリント基板11にそれぞれ配線パターンが螺旋に形成されると共に、スイッチング部から互いに位相の異なるパルスが印加されるパターンコイルP1〜P16と、出力される電圧を平滑して電源出力する容量Cと、を備える。また、パルスが連続して印加される少なくとも2つ以上のパターンコイルP1-P2、P2-P3、…、P15-P16の螺旋の巻回方向が互いに逆方向になるように配置されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
互いに位相が異なる複数相分のパルスを出力するスイッチング部(3)と、
前記スイッチング部が出力する前記パルスを平滑した平滑電圧を電源出力する電源出力部(4)と、を備えるスイッチング電源回路(101、201、301)を具備し、
前記電源出力部は、プリント基板(11)にそれぞれ螺旋に配線が形成されると共に前記スイッチング部から互いに前記位相の異なる前記パルスが印加される複数のパターンコイル(P1〜P16)と、前記複数のパターンコイルを通じて出力される電圧を平滑して電源出力する容量(C、18〜21)と、を備え、
前記パルスが連続して印加される少なくとも2つ以上の前記パターンコイルの前記螺旋の巻回方向が互いに逆方向になるように配置されている電子制御装置。
続きを表示(約 920 文字)【請求項2】
前記スイッチング部をスイッチング制御することで前記スイッチング部から前記複数相分のパルスを出力させる制御回路(2)を内蔵した電源制御用の集積回路(13)を前記プリント基板に備えると共に、前記パターンコイルは前記プリント基板で前記集積回路を挟んで配置され、
前記スイッチング部は、前記集積回路を挟んで対向するように配置された前記2つ以上の前記パターンコイルに連続して前記パルスを出力するように構成されている請求項1記載の電子制御装置。
【請求項3】
前記スイッチング部をスイッチング制御することで前記スイッチング部から前記複数相分のパルスを出力させる制御回路(2)を内蔵した電源制御用の集積回路(13)を備えると共に、前記パターンコイルは前記集積回路の外周を周回するように前記プリント基板に配置され、
前記スイッチング部は、前記集積回路を周回して隣接配置された前記2つ以上のパターンコイルに連続して前記パルスを印加するように構成されている請求項1記載の電子制御装置。
【請求項4】
前記螺旋の巻回方向が同一の第1方向に構成される前記パターンコイルの第1グループ(GA、GB;G11)を1又は複数備えると共に、前記螺旋の巻回方向が逆方向の第2方向に構成される前記パターンコイルの第2グループ(GC、GD;G12)もまた1又は複数備え、
前記スイッチング部は、前記第1グループの前記パターンコイルと前記第2グループの前記パターンコイルとに前記パルスを交互に印加するように構成されている請求項1記載の電子制御装置。
【請求項5】
前記スイッチング部をスイッチング制御することで前記スイッチング部から前記複数相分のパルスを出力させる制御回路(2)を内蔵した電源制御用の集積回路(13)を備えると共に、前記パターンコイルは前記集積回路の外周を周回するように前記プリント基板に配置され、
前記スイッチング部は、前記集積回路を周回して配置された前記パターンコイルに対しランダムに前記パルスを印加するように構成されている請求項1記載の電子制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、スイッチング電源回路を備える電子制御装置に関する。
続きを表示(約 6,000 文字)【背景技術】
【0002】
近年、電源供給対象となるマイコンが高性能化することに伴い、マイコンに電源を供給するためのスイッチング電源回路は多相式のものが採用されている。多相式のスイッチング電源回路は、マルチフェーズ電源回路としても知られており、周波数及び振幅を同一とした位相の異なる多数のパルスを使用して直流電源を生成するように構成されている。
【0003】
この種の多相式のスイッチング電源回路は、多数の位相の異なるパルスを平滑した平滑電圧を電源出力するように構成されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1記載のスイッチング電源回路によれば、電圧オフセットによる補正をかけることなく、各スイッチング電源の出力電流値を平均化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2017−175752号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
発明者は、スイッチング電源回路に用いられるインダクタとして、プリント基板に螺旋状に配線を形成したパターンコイルを用いて構成することを検討している。しかしパターンコイルが用いられると、当該パターンコイルから放射される電磁ノイズの悪化が懸念される。
【0006】
本発明の目的は、プリント基板に螺旋状に配線を形成したパターンコイルを用いて構成したとしても放射電磁ノイズを抑制できるようにした電子制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項1記載の発明は、スイッチング部と電源出力部とを備える。スイッチング部は互いに位相が異なる複数相分のパルスを出力する。電源出力部は、スイッチング部の出力パルスを平滑した平滑電圧を電源出力する。電源出力部は、プリント基板にそれぞれ螺旋状に配線が形成されると共にスイッチング部から互いに位相の異なるパルスが印加されるパターンコイルと、複数のパターンコイルを通じて出力される電圧を平滑して電源出力する容量と、を備える。このとき、パルスが連続して印加される少なくとも2つ以上のパターンコイルの螺旋の巻回方向が互いに逆方向になるように配置されている。
【0008】
パルスが連続して印加される少なくとも2つ以上のパターンコイルの螺旋の巻回方向が互いに逆方向になるように配置されているため、パルスが連続して印加されるパターンコイルの間において磁界が結合しやすくなり、放射電磁ノイズを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
第1実施形態について示すスイッチング電源回路の回路図
実装形態を概略的に示す平面図
連続して印加する多相パルスの波形
第2実施形態について実装形態を概略的に示す平面図
第3実施形態について実装形態を概略的に示す平面図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、電子制御装置の幾つかの実施形態について、図面を参照しながら説明する。各実施形態間で同一機能を備える部分には同一符号を付して説明を省略することがある。
【0011】
(第1実施形態)
図1から図3は、第1実施形態の説明図を示す。図1に示すように、電子制御装置100は、プリント基板11の上にスイッチング電源回路101を備えている。スイッチング電源回路101は、制御回路2と、スイッチング部3と、電源出力部4と、フィードバック部5とを備える。スイッチング部3は、電源電圧Vinの入力ノードとグランドとの間にドレインソース間が接続された一対のMOSトランジスタMu1-Md1、Mu2-Md2、…、Mu16-Md16を複数相分備えて構成される。
【0012】
各相の一対のMOSトランジスタMu1-Md1、Mu2-Md2、…、Mu16-Md16の共通接続点と出力端子6との間には、それぞれインダクタL1、L2、…、L16が構成されている。また出力端子6とグランドとの間には平滑用の容量Cが接続されている。
【0013】
フィードバック部5は、F/B回路51、52、…、516を複数相分備える。F/B回路51、52、…、516は、図示しないが出力端子6から電流を分流する分流回路を備えて構成され、各相の出力電流を検出し当該検出電流に基づいて制御回路2にフィードバック信号を出力する。
制御回路2は、例えばマイクロコンピュータにより構成され、スイッチング部3の各相のMOSトランジスタMu1-Md1、Mu2-Md2、…、Mu16-Md16をスイッチング制御することでスイッチング部3から複数相分のパルスを出力させる。制御回路2は、各相のF/B回路51、52、…、516のフィードバック信号を用いてスイッチング部3の各相のMOSトランジスタMu1-Md1、Mu2-Md2、…、Mu16-Md16のゲートに印加するパルスの位相を調整することで各相の出力電流を平均化でき、また容量Cにより平滑した平滑電圧を出力端子6の出力電圧Voutとして出力できる。
【0014】
次に図2を参照し、前述した回路構成の実装形態を説明する。プリント基板11には、外部接続用コネクタ12、電源制御用の集積回路13、及び、電源供給対象となるSOC(System-On-a-Chip)による集積回路14が実装されている。
【0015】
図1に示した制御回路2、スイッチング部3及びフィードバック部5は、図2に示す集積回路13に内蔵されている。集積回路13は、図2の上下左右の側部にそれぞれ端子13aを突出して構成され、複数の端子13aは、プリント基板11の表層面11aの上のランド(図示せず)に対し半田付け実装されている。
【0016】
電源入力端子13b及び電源出力端子13cは、集積回路13の中心部Ceからそれぞれ上下両端に位置して配設されている。電源入力端子13bには電源配線15が接続されており、電源出力端子13cには電源出力配線16が接続されている。電源配線15は、集積回路13の電源入力端子13bと外部接続用コネクタ12との間に形成され、外部から直流電源が電源配線15を通じて集積回路13に供給される。プリント基板11の表層面11aには、前述の電源配線15、電源出力配線16の他、複数のパターンコイルP1〜P16及びグランド配線17が形成されている。
【0017】
電源出力配線16は、集積回路13の外方周囲に沿ってパターン形成されている。電源出力配線16は、パターンコイルP1〜P16に近接配置されたスルーホールに接触するようにパターン形成されている。電源出力配線16はこれらのスルーホールを通じて当該パターンコイルP1〜P16の各一端と容量Cとの共通接続点に電気的に導通接続している。接続構造を言及すると、電源出力配線16は、スルーホールを通じてプリント基板11の裏面から各パターンコイルP1〜P16の内端にそれぞれ接続されている(接続状態は図示せず)。
【0018】
電源出力配線16は、集積回路13の電源出力端子13cと集積回路14の電源入力端子14aとの間を導通接続している。グランド配線17は、容量Cの端子と外部接続用コネクタ12との間に接続されておりグランド電位を規定する。なお、本願の本質に関わらないため図示を省略しているが、グランド配線17は集積回路13にも接続されている。
【0019】
電源出力配線16とグランド配線17との間には積層セラミック型の複数のチップコンデンサ18、19、20、21が実装されている。これらの複数のチップコンデンサ18〜21は、図1の容量Cに相当する構成である。図1の回路図上では容量Cを簡略化して示しており、図2の実装面上では複数のチップコンデンサ18〜21を同じ領域に配設した形態を示しているが、複数のチップコンデンサ18〜21は各相のパターンコイルP1〜P16に近接した位置にそれぞれ構成しても良い。
【0020】
パターンコイルP1〜P16は、それぞれ図1に示すインダクタL1〜L16を構成するもので、プリント基板11の表層面11aに露出するようにパターン形成されている。これらのパターンコイルP1〜P16は、集積回路13の外周囲に沿って互いに均等な距離だけ離間して配置されている。
【0021】
全てのパターンコイルP1〜P16は、それぞれプリント基板11の表層面11aの上に螺旋状の配線により構成され、その外端を集積回路13の一端子13aに接続するように配置されている。個々のパターンコイルP1〜P16は、その螺旋状の内端をスルーホール(符号なし)を通じてプリント基板11の裏面に通じて構成され、プリント基板11の裏面を通じて一端子13aに隣接した端子13dに電気的に導通接続するように配置されている。
【0022】
本実施形態では、これらのパターンコイルP1〜P16は、4つのグループGA、GB、GC、GDに分けられている。パターンコイルP1、P5、P9、P13は、AグループGAに分けられており、集積回路13の中心部Ceから左上方に配置され、集積回路13の左上側に配置された端子13a、13dの一群に接続されている。AグループGAの中の全てのパターンコイルP1、P5、P9、P13は、その内端から外端にかけて右巻きの螺旋状の配線により構成される。
【0023】
BグループGBのパターンコイルP3、P7、P11、P15は、集積回路13の中心部Ceから右下方に配置され、集積回路13の右下側に配置された端子13a、13dの一群に接続されている。BグループGBの中の全てのパターンコイルP3、P7、P11、P15は、その内端から外端にかけて右巻きの螺旋状の配線により構成される。AグループGA及びBグループGBは、螺旋の巻回方向が右巻きで同一の第1方向となるパターンコイルP1、P5、P9、P13、P3、P7、P11、P15から構成されており、本願に係る第1グループを構成する。
【0024】
CグループGCのパターンコイルP4、P8、P12、P16は、集積回路13の中心部Ceから左下方に配置され、集積回路13の左下側に配置された端子13a、13dの一群に接続されている。DグループGDの中の全てのパターンコイルP4、P8、P12、P16は、その内端から外端にかけて左巻きの螺旋状の配線により構成される。
【0025】
DグループGDのパターンコイルP2、P6、P10、P14は、集積回路13の中心部Ceから右上方に配置され、集積回路13の右上側に配置された端子13a、13dの一群に接続されている。DグループGDの中の全てのパターンコイルP2、P6、P10、P14は、その内端から外端にかけて左巻きの螺旋状の配線により構成される。CグループGC及びDグループGDは、螺旋の巻回方向が前述とは逆方向の左巻きで同一の第2方向となるパターンコイルP4、P8、P12、P16、P2、P6、P10、P14から構成されており、本願に係る第2グループを構成する。
【0026】
次に、スイッチング電源回路101の動作について、図3を参照して説明する。制御回路2は、スイッチング部3をスイッチング制御するためのパルス制御信号の位相をずらしながら一対のMOSトランジスタMu1−Md1、Mu2−Md2、…、Mu16−Md16の制御端子にそれぞれパルス制御信号を印加することで、グランド側の同期整流用のMOSトランジスタMd1〜Md16をオフに保持したまま、電源入力側のMOSトランジスタMu1〜Mu16をオン制御する。
【0027】
以下では、スイッチング部3、インダクタL1、F/B回路51を用いて1相目の回路動作について説明する。
例えば制御回路2が、電源電圧Vinとグランドとの間の下側のMOSトランジスタMd1をオフに保持したまま上側のMOSトランジスタMu1をオン制御すると、電源電圧Vinに基づくパルス電流が、スイッチング部3のMOSトランジスタMu1からインダクタL1を通じて容量Cに入力される。これにより、容量Cには電荷が蓄積され、出力端子6の出力電圧Voutが上昇する。また制御回路2が、電源供給側のMOSトランジスタMu1をオフにしてからグランド側のMOSトランジスタMd1をオン制御するとインダクタL1に流れている通電電流を下側のMOSトランジスタMd1を通じて還流させることにより出力端子6の出力電圧Voutを低下させることができる。
【0028】
したがって、F/B回路51が、出力端子6のノードを通じて流れる電流を検出し、検出電流に基づくフィードバック信号を制御回路2に出力すると、制御回路2がフィードバック信号に基づいてパルス制御信号のデューティ比等を制御することで出力電圧Voutをフィードバック制御できる。その他、2相目以降の個別の回路動作説明は省略する。
【0029】
また制御回路2は、パルス制御信号の位相を順にずらしながら全相駆動することで、図3の波形Aに示すように出力電圧Voutのリプルを最小限にできる。比較例として、全相駆動せず一部の相だけ駆動する場合の出力電圧波形を図3の右側の波形Bに示しているが、この場合、出力電圧Voutのリプルは大きくなる。
【0030】
ところで、放射電磁ノイズを抑制するためには、インダクタL1〜L16から放射される磁界を各インダクタL1〜L16の間で結合するように磁気回路を構成することが望ましい。インダクタL1〜L16を構成するパターンコイルP1〜P16は、プリント基板11の表層面11aに対して垂直方向に磁界を放射する。このため、本実施形態のように、プリント基板11の表層面11aの上にパターンコイルP1〜P16を平面的に構成するときには、同時期に通電されるパターンコイル(例えばP1とP2等)の巻回方向を互いに逆向きにすることで、放射電磁ノイズを抑制できることが期待できる。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

株式会社デンソー
組電池
株式会社デンソー
弁装置
株式会社デンソー
送風機
株式会社デンソー
電動弁
株式会社デンソー
装着具
株式会社デンソーウェーブ
充電台
株式会社デンソー
電磁弁
株式会社デンソー
送風機
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
送風機
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
弁装置
株式会社デンソー
ダクト
株式会社デンソー
圧縮機
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
統合弁
株式会社デンソー
弁装置
株式会社デンソー
弁装置
株式会社デンソー
弁装置
株式会社デンソー
電機子
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
携帯機
株式会社デンソー
電機子
株式会社デンソー
電機子
株式会社デンソー
弁装置
株式会社デンソー
表示装置
株式会社デンソー
搬送装置
株式会社デンソー
熱交換器
株式会社デンソー
測距装置
株式会社デンソー
警報装置
株式会社デンソー
集積回路
株式会社デンソー
回転電機
株式会社デンソーウェーブ
端末装置
株式会社デンソー
表示装置
株式会社デンソー
表示装置
株式会社デンソー
表示装置
続きを見る