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公開番号2025043893
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-01
出願番号2023151459
出願日2023-09-19
発明の名称スイッチング電源装置
出願人株式会社村田製作所
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類H02M 3/00 20060101AFI20250325BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ノイズ抑制効果により、小型、高効率、低コストなスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】スイッチング電源装置100は、入力コンデンサCIN、出力コンデンサCOUT、スイッチング回路3B及びインダクタを含む電力変換回路、直流電源と電力変換回路との間に設けられるコモンモードチョークコイル1及び電力変換回路及びコモンモードチョークコイルが実装される多層回路基板を備え、コモンモードチョークコイルは、第1基準電位配線パターンP-を通して直流電源の低電位側及び第2基準電位配線パターンL-を通して負荷の低電位側と接続する第1巻線と、直流正極電位配線パターンP+を通して直流電源の高電位側及び入力正極電位配線パターンL+を通して電力変換回路の入力側と接続する第2巻線と、を含む。Z方向から見て、第1、第2基準電位配線パターンは重ならず、直流正極電位配線パターンと入力正極電位配線パターンは重ならない。
【選択図】図6A
特許請求の範囲【請求項１】
直流電源から入力される電圧を電力変換して負荷に供給するスイッチング電源装置であって、
入力コンデンサ、出力コンデンサ、スイッチング素子、及びインダクタを含む電力変換回路と、
前記直流電源と前記電力変換回路との間に設けられるコモンモードチョークコイルと、
前記電力変換回路及び前記コモンモードチョークコイルが実装される多層回路基板と、
を備え、
前記多層回路基板は、絶縁性基材と、第１基準電位配線パターンと、第２基準電位配線パターンと、直流正極電位配線パターンと、入力正極電位配線パターンと、を含み、
前記第１基準電位配線パターン、前記第２基準電位配線パターン、前記直流正極電位配線パターン、及び前記入力正極電位配線パターンは、それぞれ前記絶縁性基材に設けられており、
前記コモンモードチョークコイルは、
第１基準電位配線パターンを通して前記直流電源の低電位側に一方端が接続され、第２基準電位配線パターンを通して前記負荷の低電位側に他方端が接続される第１巻線と、
直流正極電位配線パターンを通して前記直流電源の高電位側に一方端が接続され、入力正極電位配線パターンを通して前記電力変換回路の入力側に他方端が接続される第２巻線と、
を有し、
前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記電力変換回路は、前記第２基準電位配線パターンと重なる部分を有し、
前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記第１基準電位配線パターンと重なる領域に、前記第２基準電位配線パターンが設けられておらず、
前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記直流正極電位配線パターンと重なる領域に、前記入力正極電位配線パターンが設けられていない、
スイッチング電源装置。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
直流電源から入力される電圧を電力変換して負荷に供給するスイッチング電源装置であって、
入力コンデンサ、出力コンデンサ、スイッチング素子、及びインダクタを含む電力変換回路と、
前記直流電源と前記電力変換回路との間に設けられるコモンモードチョークコイルと、
前記電力変換回路及び前記コモンモードチョークコイルが実装される多層回路基板と、
を備え、
前記多層回路基板は、絶縁性基材と、第１基準電位配線パターンと、第２基準電位配線パターンと、直流正極電位配線パターンと、入力正極電位配線パターンと、を含み、
前記第１基準電位配線パターン、前記第２基準電位配線パターン、前記直流正極電位配線パターン、及び前記入力正極電位配線パターンは、それぞれ前記絶縁性基材に設けられており、
前記コモンモードチョークコイルは、
第１基準電位配線パターンを通して前記直流電源の低電位側に一方端が接続され、第２基準電位配線パターンを通して前記負荷の低電位側に他方端が接続される第１巻線と、
直流正極電位配線パターンを通して前記直流電源の高電位側に一方端が接続され、入力正極電位配線パターンを通して前記電力変換回路の入力側に他方端が接続される第２巻線と、
を有し、
前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記電力変換回路は、前記第２基準電位配線パターンと重なる部分を有し、
前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記第１基準電位配線パターンと重なる領域に、前記第２基準電位配線パターンが設けられておらず、
前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記直流正極電位配線パターンと重なる領域に、前記入力正極電位配線パターンが設けられておらず、
前記第１基準電位配線パターン、前記第２基準電位配線パターン、前記直流正極電位配線パターン、前記入力正極電位配線パターン、前記電力変換回路、及び前記コモンモードチョークコイルは、電気閉回路となるノイズ平衡化回路を構成し、
前記ノイズ平衡化回路は、前記スイッチング素子のスイッチング動作に起因して生じるノイズを相殺する、
スイッチング電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスイッチング電源装置であって、
前記多層回路基板は、第１配線層と第２配線層とを有し、
前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記第１配線層に設けられた第１基準電位配線パターンと前記第２配線層に設けられた第１基準電位配線パターンとが重なり、
前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記第１配線層に設けられた第２基準電位配線パターンと前記第２配線層に設けられた第２基準電位配線パターンとが重なる、
スイッチング電源装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のスイッチング電源装置であって、
前記多層回路基板は、第１配線層と第２配線層とを有し、
前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記第１配線層に設けられた第１基準電位配線パターンと前記第２配線層に設けられた直流正極電位配線パターンとが重なり、
前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記第１配線層に設けられた第２基準電位配線パターンと前記第２配線層に設けられた入力正極電位配線パターンとが重なる、
スイッチング電源装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のスイッチング電源装置であって、
前記コモンモードチョークコイル、前記入力コンデンサ、前記出力コンデンサ、前記スイッチング素子、及び前記インダクタは、前記多層回路基板上に、前記コモンモードチョークコイル、前記入力コンデンサ、前記スイッチング素子、前記インダクタ、及び前記出力コンデンサの順に略一方向に並んで実装されている、
スイッチング電源装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のスイッチング電源装置であって、
前記コモンモードチョークコイルは、前記第１巻線と前記第２巻線とが一方向に旋回して直線状に整列巻きされるコア材を備える、
スイッチング電源装置。
【請求項７】
請求項６に記載のスイッチング電源装置であって、
前記コモンモードチョークコイルの自己共振周波数は、３０ＭＨｚ以上である、
スイッチング電源装置。
【請求項８】
請求項６に記載のスイッチング電源装置であって、
前記コア材は、アルミナ又はＮｉ－Ｚｎ系フェライトを含む、
スイッチング電源装置。
【請求項９】
請求項６に記載のスイッチング電源装置であって、
前記コモンモードチョークコイルは、
前記第１巻線の巻き始めと巻き終わりとが離れており、前記第２巻線の巻き始めと巻き終わりとが離れている、
スイッチング電源装置。
【請求項１０】
請求項６に記載のスイッチング電源装置であって、
前記コモンモードチョークコイルは、
前記第１巻線の巻き始めから巻き終わりまでの少なくとも１箇所以上において、前記コア材の中心軸に沿う方向に１．０ターン以上離れて巻回されており、前記第２巻線の巻き始めから巻き終わりまでの少なくとも１箇所以上において、前記コア材の中心軸に沿う方向に１．０ターン以上離れて巻回されている、
スイッチング電源装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源装置に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
車載バッテリーの直流電力（以下、「ＤＣ」とも称する）を電圧変換して、車載機器の負荷に電力を供給するスイッチング電源装置の需要が拡大している。近年、スイッチング周波数の高周波化や、車載機器で扱う信号の高速化に伴い、高周波帯域（例えば３０～１０００ＭＨｚ）におけるコモンモードノイズ問題が顕在化している。例えば、電源線からのＥＭＩ（Electromagnetic Interference）放射の抑制が可能なプリント多層回路基板に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１７／００６５５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、低周波帯域（例えば０．１５ＭＨｚ～３０ＭＨｚ）のコモンモードノイズ対策として、一般的にコモンモードチョークコイルが用いられる。このような構成において、コモンモードチョークコイルを経由することなく高周波帯域（例えば３０～１０００ＭＨｚ）のコモンモードノイズが流出する経路が形成される場合がある。
【０００５】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ノイズ抑制効果を高めたスイッチング電源装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一側面のスイッチング電源装置は、直流電源から入力される電圧を電力変換して負荷に供給するスイッチング電源装置であって、入力コンデンサ、出力コンデンサ、スイッチング素子、及びインダクタを含む電力変換回路と、前記直流電源と前記電力変換回路との間に設けられるコモンモードチョークコイルと、前記電力変換回路及び前記コモンモードチョークコイルが実装される多層回路基板と、を備え、前記多層回路基板は、絶縁性基材と、第１基準電位配線パターンと、第２基準電位配線パターンと、直流正極電位配線パターンと、入力正極電位配線パターンと、を含み、前記第１基準電位配線パターン、前記第２基準電位配線パターン、前記直流正極電位配線パターン、及び前記入力正極電位配線パターンは、それぞれ前記絶縁性基材に設けられており、前記コモンモードチョークコイルは、第１基準電位配線パターンを通して前記直流電源の低電位側に一方端が接続され、第２基準電位配線パターンを通して前記負荷の低電位側に他方端が接続される第１巻線と、直流正極電位配線パターンを通して前記直流電源の高電位側に一方端が接続され、入力正極電位配線パターンを通して前記電力変換回路の入力側に他方端が接続される第２巻線と、を有し、前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記第１基準電位配線パターンと重なる領域に、前記第２基準電位配線パターンが設けられておらず、前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記直流正極電位配線パターンと重なる領域に、前記入力正極電位配線パターンが設けられていない。
【０００７】
この構成では、スイッチング素子のスイッチング動作によって発生したスイッチングノイズは、電気閉回路によって閉じ込められ、直流電源に伝導するコモンモードノイズは抑制される。そして、連続的に発生するスイッチングノイズの位相は一定ではないので、電気閉回路に閉じ込められることで、互いに相殺される。これにより、スイッチングノイズの直流電源および外部への放射を効果的に抑制し、直流電源へのノイズ伝搬によるコモンモードノイズの発生を効果的に抑制することができる。
【０００８】
本開示の一側面のスイッチング電源装置は、直流電源から入力される電圧を電力変換して負荷に供給するスイッチング電源装置であって、入力コンデンサ、出力コンデンサ、スイッチング素子、及びインダクタを含む電力変換回路と、前記直流電源と前記電力変換回路との間に設けられるコモンモードチョークコイルと、前記電力変換回路及び前記コモンモードチョークコイルが実装される多層回路基板と、を備え、前記多層回路基板は、絶縁性基材と、第１基準電位配線パターンと、第２基準電位配線パターンと、直流正極電位配線パターンと、入力正極電位配線パターンと、を含み、前記第１基準電位配線パターン、前記第２基準電位配線パターン、前記直流正極電位配線パターン、及び前記入力正極電位配線パターンは、それぞれ前記絶縁性基材に設けられており、前記コモンモードチョークコイルは、第１基準電位配線パターンを通して前記直流電源の低電位側に一方端が接続され、第２基準電位配線パターンを通して前記負荷の低電位側に他方端が接続される第１巻線と、直流正極電位配線パターンを通して前記直流電源の高電位側に一方端が接続され、入力正極電位配線パターンを通して前記電力変換回路の入力側に他方端が接続される第２巻線と、を有し、前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記第１基準電位配線パターンと重なる領域に、前記第２基準電位配線パターンが設けられておらず、前記絶縁性基材の平面に直交する方向から平面視でみて、前記直流正極電位配線パターンと重なる領域に、前記入力正極電位配線パターンが設けられておらず、前記第１基準電位配線パターン、前記第２基準電位配線パターン、前記直流正極電位配線パターン、前記入力正極電位配線パターン、前記電力変換回路、及び前記コモンモードチョークコイルは、電気閉回路となるノイズ平衡化回路を構成し、前記ノイズ平衡化回路は、前記スイッチング素子のスイッチング動作に起因して生じるノイズを相殺する。
【０００９】
この構成では、スイッチング素子のスイッチング動作によって発生したスイッチングノイズは、電気閉回路によって閉じ込められ、直流電源に伝導するコモンモードノイズは抑制される。そして、連続的に発生するスイッチングノイズの位相は一定ではないので、電気閉回路に閉じ込められることで、互いに相殺される。これにより、スイッチングノイズの直流電源および外部への放射を効果的に抑制し、直流電源へのノイズ伝搬によるコモンモードノイズの発生を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、ノイズ抑制効果を高めたスイッチング電源装置を提供することができる。特に、電力変換回路を構成するスイッチング素子のスイッチング動作に起因して生じる電磁ノイズに対して、配線パターンにより電界ノイズの放射を抑制し、かつ、電気閉回路となるノイズ平衡化回路により電磁ノイズの発生を相殺して熱エネルギーに変えることなく電磁ノイズを低減して電力変換回路の高効率化を図ることができる。ノイズ抑制効果により、小型、高効率、低コストとなるスイッチング電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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