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公開番号2025059561
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2023169717
出願日2023-09-29
発明の名称スイッチング電源装置
出願人コーセル株式会社
代理人個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250403BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】接地抵抗に流れるノイズ電流を効果的に抑えることができる感電保護クラス2対応のスイッチング電源装置を提供する。
【解決手段】一次側主巻線24(1)に発生する電圧がノイズ源となって、非安定電位浮遊容量Cf1～Cf3を通じて接地ライン32に流出するノイズ電流Icom(1)と、二次側浮遊容量Cy2を通じて接地ライン32に流出するノイズ電流Icom(2)とが発生する。絶縁トランス22は、一端が二次側安定電位ライン14に接続された二次側補助巻線40(2)を有し、二次側補助巻線40(2)の他端に接続された配線パターン42の容量形成領域42cと一次側安定電位ライン12の容量形成領域44cとが対向することによって配線パターン浮遊容量Chが形成される。配線パターン浮遊容量Chに所定の電流が流れることによって、ノイズ電流Icom(1)とIcom(2)とを合成した電流の大きさが基準値以下に抑えられる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の配線層を有したプリント配線板に回路部品を実装することによって形成され、一対の配線パターンで成る一次側電源ライン及び一次側グランドラインの間に入力された入力電圧を所定の出力電圧に変換し、一対の配線パターンで成る二次側電源ライン及び二次側グランドラインの間に発生させる装置であって、
前記一次側電源ラインと前記一次側グランドラインとの間に接続され、スイッチング周波数以上の周波数帯域で前記一次側電源ライン及び前記一次側グランドラインを実質的に短絡し、当該２つのラインを電位的に安定な一次側安定電位ラインにする一次側相間コンデンサ素子と、
前記二次側電源ラインと前記二次側グランドラインとの間に接続され、前記スイッチング周波数以上の周波数帯域で前記二次側電源ライン及び前記二次側グランドラインを実質的に短絡し、当該２つのラインを電位的に安定な二次側安定電位ラインにする二次側相間コンデンサ素子と、
絶縁トランス及びスイッチング素子を有し、前記絶縁トランスの一次側主巻線と前記スイッチング素子とが直列に接続され、前記スイッチング素子が前記スイッチング周波数でスイッチングすることにより、前記一次側主巻線の両端に前記入力電圧を断続した電圧を発生させるインバータ回路と、
前記絶縁トランスの二次側主巻線に接続され、前記二次側主巻線に発生する電圧を整流して整流電圧を発生させる整流回路と、
前記二次側相間コンデンサ素子を含み、前記整流電圧を平滑して前記出力電圧を生成し、前記二次側相間コンデンサ素子の両端に発生させる平滑回路とを備え、
実使用状態で、接地抵抗を介して接地ラインに接地された入力電源から前記入力電圧が供給され、前記一次側安定電位ラインと前記接地ラインとが一次側浮遊容量により接続され、前記二次側安定電位ラインと前記接地ラインとが二次側浮遊容量により接続され、前記一次側主巻線と前記二次側主巻線との間に巻線間浮遊容量が形成され、前記インバータ回路、前記整流回路及び前記平滑回路の中の、前記スイッチング周波数で振幅するパルス電圧が発生する箇所の配線パターンと前記接地ラインとが非安定電位浮遊容量により接続され、
前記一次側主巻線に発生する電圧がノイズ源となって、前記非安定電位浮遊容量を通じて前記接地ラインに流出する第一のノイズ電流と、前記二次側浮遊容量を通じて前記接地ラインに流出する第二のノイズ電流とが発生するスイッチング電源装置において、
前記絶縁トランスは、一端が前記二次側安定電位ラインに接続された二次側補助巻線を有し、前記二次側補助巻線の他端に接続された配線パターンは、第二の本体領域とこれに連続する第二の容量形成領域とを有し、前記一次側安定電位ラインは、第一の本体領域とこれに連続する第一の容量形成領域とを有し、前記第一及び第二の容量形成領域が互いに対向することによって配線パターン浮遊容量が形成され、前記配線パターン浮遊容量は、第一及び第二の容量形成領域の対向面積を調節することによって所定の容量値に設定されており、
前記実使用状態において、前記配線パターン浮遊容量に、その容量値に応じた電流が流れることによって、前記第一のノイズ電流と前記第二のノイズ電流とを合成した電流の大きさが基準値以下に抑えられることを特徴とするスイッチング電源装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記二次側主巻線及び前記二次側補助巻線は、一部又は全部が互いに兼用されている請求項１記載のスイッチング電源装置。
【請求項３】
複数の配線層を有したプリント配線板に回路部品を実装することによって形成され、一対の配線パターンで成る一次側電源ライン及び一次側グランドラインの間に入力された入力電圧を所定の出力電圧に変換し、一対の配線パターンで成る二次側電源ライン及び二次側グランドラインの間に発生させる装置であって、
前記一次側電源ラインと前記一次側グランドラインとの間に接続され、スイッチング周波数以上の周波数帯域で前記一次側電源ライン及び前記一次側グランドラインを実質的に短絡し、当該２つのラインを電位的に安定な一次側安定電位ラインにする一次側相間コンデンサ素子と、
前記二次側電源ラインと前記二次側グランドラインとの間に接続され、前記スイッチング周波数以上の周波数帯域で前記二次側電源ライン及び前記二次側グランドラインを実質的に短絡し、当該２つのラインを電位的に安定な二次側安定電位ラインにする二次側相間コンデンサ素子と、
絶縁トランス及びスイッチング素子を有し、前記絶縁トランスの一次側主巻線と前記スイッチング素子とが直列に接続され、前記スイッチング素子が前記スイッチング周波数でスイッチングすることにより、前記一次側主巻線の両端に前記入力電圧を断続した電圧を発生させるインバータ回路と、
前記絶縁トランスの二次側主巻線に接続され、前記二次側主巻線に発生する電圧を整流して整流電圧を発生させる整流回路と、
前記二次側相間コンデンサ素子を含み、前記整流電圧を平滑して前記出力電圧を生成し、前記二次側相間コンデンサ素子の両端に発生させる平滑回路とを備え、
実使用状態で、接地抵抗を介して接地ラインに接地された入力電源から前記入力電圧が供給され、前記一次側安定電位ラインと前記接地ラインとが一次側浮遊容量により接続され、前記二次側安定電位ラインと前記接地ラインとが二次側浮遊容量により接続され、前記一次側主巻線と前記二次側主巻線との間に巻線間浮遊容量が形成され、前記インバータ回路、前記整流回路及び前記平滑回路の中の、前記スイッチング周波数で振幅するパルス電圧が発生する箇所の配線パターンと前記接地ラインとが非安定電位浮遊容量により接続され、
前記一次側主巻線に発生する電圧がノイズ源となって、前記非安定電位浮遊容量を通じて前記接地ラインに流出する第一のノイズ電流と、前記二次側浮遊容量を通じて前記接地ラインに流出する第二のノイズ電流とが発生するスイッチング電源装置において、
前記絶縁トランスは、一端が前記一次側安定電位ラインに接続された一次側補助巻線を有し、前記一次側補助巻線の他端に接続された配線パターンは、第一の本体領域とこれに連続する第一の容量形成領域とを有し、前記二次側安定電位ラインは、第二の本体領域とこれに連続する第二の容量形成領域とを有し、前記第一及び第二の容量形成領域が互いに対向することによって配線パターン浮遊容量が形成され、前記配線パターン浮遊容量は、第一及び第二の容量形成領域の対向面積を調節することによって所定の容量値に設定されており、
前記実使用状態において、前記配線パターン浮遊容量に、その容量値に応じた電流が流れることによって、前記第一のノイズ電流と前記第二のノイズ電流とを合成した電流の大きさが基準値以下に抑えられることを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項４】
前記一次側主巻線及び前記一次側補助巻線は、一部又は全部が互いに兼用されている請求項３記載のスイッチング電源装置。
【請求項５】
前記一次側安定電位ラインと前記二次側安定電位ラインとの間に接続され、スイッチング周波数以上の周波数帯域で前記一次側安定電位ライン及び前記二次側安定電位ラインを実質的に短絡する結合コンデンサ素子を備える請求項１乃至４のいずれか記載のスイッチング電源装置。
【請求項６】
前記一の本体領域と前記第一の容量形成領域との境界部、及び前記二の本体領域と前記第二の容量形成領域との境界部の少なくとも一方に、Ｑダンプ抵抗素子が直列に挿入されており、
前記巻線間浮遊容量、前記配線パターン浮遊容量及びこれらの近傍に存在する寄生インダクタンス成分とで形成される共振系の、前記スイッチング周波数よりも高い周波数帯域に現れる共振の鋭さが、前記Ｑダンプ抵抗素子によって抑えられている請求項１乃至４のいずれか記載のスイッチング電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次側回路と二次側回路とが絶縁トランスを介して接続された絶縁型のスイッチング電源装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されているように、トランスの一次巻線から二次巻線に向かって流れるコモンモードノイズ電流の影響をキャンセルするため、トランスの二次側にコモンモードノイズ電圧と同レベルで逆極性の電圧を発生するノイズ補償巻線を設け、ノイズ補償巻線の、逆極性の電圧が発生する一端と入力電源のラインとの間にコンデンサ素子を接続したスイッチングレギュレータがあった。この構成によれば、上記コモンモードノイズ電流と同レベルの打ち消し電流を発生させ、コンデンサ素子を通じて一次側に逆流させることができるので、上記のコモンモードノイズ電流の影響をキャンセルすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
実開平１－６４９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１６に示す従来のスイッチング電源装置１０は、ＩＥＣ規格やＪＩＳ規格等で規定された感電保護クラス２に分類される装置である。まず、スイッチング電源装置１０の内部回路の構成を説明すると、スイッチング電源装置１０は、一対の配線パターンで成る一次側電源ライン１２ａ及び一次側グランドライン１２ｂの間に入力された入力電圧Viを所定の出力電圧Voに変換し、一対の配線パターンで成る二次側電源ライン１４ａ及び二次側グランドライン１４ｂの間に発生させる構成になっている。
【０００５】
一次側電源ライン１２ａと一次側グランドライン１２ｂとの間には一次側相間コンデンサ素子１６が接続され、２つのライン１２ａ，１２ｂは、一次側相間コンデンサ素子１６によってスイッチング周波数Fsw以上の周波数帯域で実質的に短絡され、電位的に安定な一次側安定電位ライン１２となる。同様に、二次側電源ライン１４ａと二次側グランドライン１４ｂとの間には二次側相間コンデンサ素子１８が接続され、２つのライン１４ａ，１４ｂは、二次側相間コンデンサ素子１８によってスイッチング周波数Fsw以上の周波数帯域で実質的に短絡され、電位的に安定な二次側安定電位ライン１４となる。
【０００６】
一次側電源ライン１２ａ及び一次側グランドライン１２ｂには、インバータ回路２０が接続されている。インバータ回路２０は、絶縁トランス２２（一次側主巻線２４(1)、二次側主巻線２４(2)）及びスイッチング素子２６を有し、一次側主巻線２４(1)とスイッチング素子２６とが直列に接続され、スイッチング素子２６がスイッチング周波数Fswでスイッチングすることにより、一次側主巻線２４(1)の両端に入力電圧Viを断続した電圧を発生させる。
【０００７】
絶縁トランス２２の二次側主巻線２４(2)には、二次側主巻線２４(2)に発生する電圧を整流して整流電圧を発生させる整流回路２８が接続され、さらに整流回路２８の出力端に、整流電圧を平滑して出力電圧Voを生成する平滑回路３０が接続されている。スイッチング電源装置１０はいわゆるフライバックコンバータであり、整流回路２８は１つのダイオード２８ａにより構成され、平滑回路３０は二次側相間コンデンサ素子１８により構成され、二次側相間コンデンサ素子１８の両端に出力電圧Voが発生する。
【０００８】
スイッチング電源装置１０の実使用状態を説明すると、スイッチング電源装置１０は、接地抵抗Rsを介して接地ライン３２に接地された入力電源３４に接続され、入力電圧Viが一次側安定電位ライン１２（１２ａ，１２ｂ）に入力される。また、二次側安定電位ライン１４（１４ａ，１４ｂ）に外部負荷３６に接続され、出力電圧Voを外部負荷３６に向けて出力する。
【０００９】
この時、一次側安定電位ライン１２と接地ライン３２とが一次側浮遊容量Cy1により接続され、二次側安定電位ライン１４と接地ライン３２とが二次側浮遊容量Cy2により接続される。また、一次側主巻線２４(1)と二次側主巻線２４(2)との間に巻線間浮遊容量Ctが形成される。
【００１０】
さらに、インバータ回路２０、整流回路２８及び平滑回路３０の中の、スイッチング周波数Fswで振幅するパルス電圧が発生している複数箇所の配線パターンと接地ライン３２とが非安定電位浮遊容量により各々接続される。具体的には、一次側主巻線２４(1)及びスイッチング素子２６の接続点と接地ライン３２とが非安定電位浮遊容量Cf1により接続され、二次側主巻線２４(2)及び整流回路２８（２８ａ）の接続点と接地ライン３２とが非安定電位浮遊容量Cf2により接続される。
（【００１１】以降は省略されています）

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