JPH1155943A

JPH1155943A - スイッチング電源装置

Info

Publication number: JPH1155943A
Application number: JP10072260A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Takahashi; 清一高橋; Yasuo Ohashi; 靖生大橋
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-02-26
Also published as: US5995387A

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波の輻射ノイズを低減したスイッチング
電源装置を提供する。【解決手段】入力電源１の両端間に、スイッチングト
ランス２の一次巻線２ａとスイッチング素子３とからな
る直列回路を設けたスイッチング電源装置において、直
列回路の両端間にノイズ除去用のバイパスコンデンサＣ
２を接続する。バイパスコンデンサＣ２は、スイッチン
グ素子３のスイッチング周波数よりも高い高周波ノイズ
の短路を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波の輻射ノイ
ズを低減したスイッチング電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフォワ−ド型のスイッチング電源
装置について、図５を参照して説明する。１は入力電源
で、例えば、商用電源電圧を整流する整流回路に電解コ
ンデンサなどの大容量コンデンサを並列に有するもので
ある。この入力電源１の両端子に、スイッチングトラン
ス２の一次巻線２ａと、スイッチング素子、例えば電界
効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）３と、電流検
出回路４を構成する抵抗Ｒ１とからなる直列の入力回路
が接続される。そして、この入力回路、入力電源１およ
びこれらを接続する配線パターンは、実装回路基板上に
おいて破線で示すように、スイッチング周波数の電流が
流れる電流ループ回路ａを構成している。

【０００３】なお、前記電流検出回路４は、抵抗Ｒ１の
他に、図６に示すように、カレントトランスＴｃで構成
される場合もある。なお、この図６はスイッチング電源
装置の回路の一部を示すものである。

【０００４】スイッチングトランス２の二次巻線２ｂに
は、整流平滑回路５が接続される。この整流平滑回路５
は、整流回路と平滑回路とから構成される。整流回路
は、整流ダイオードＤ１と転流ダイオードＤ２とからな
る。整流ダイオードＤ１と転流ダイオードＤ２のカソー
ドが相互に接続され、２次巻線２ｂの巻始端には整流ダ
イオードＤ１のアノードが接続され、巻終端には転流ダ
イオードＤ２のアノードが接続される。

【０００５】平滑回路はチョークインプット型のインダ
クタＬ１とコンデンサＣ１とからなる。このインダクタ
Ｌ１の一端は整流ダイオードＤ１と転流ダイオードＤ２
とのカソードに接続される。そして、整流平滑回路５の
出力は、スイッチング電源装置の出力端子６ａ、６ｂを
介して負荷７に供給される。

【０００６】出力端子６ａ、６ｂ間には、誤差検出回路
８が接続される。この誤差検出回路８は、フォトダイオ
ードＰｄおよびシャントレギュレータＳｒからなる直列
回路と、分圧抵抗Ｒ２およびＲ３からなる直列回路との
並列回路よりなる。そして、シャントレギュレータＳｒ
の基準端子が、分圧抵抗Ｒ２とＲ３の接続点に接続さ
る。

【０００７】また、フォトダイオードＰｄと光結合する
フォトトランジスタＰｔのコレクタは、制御回路９のフ
ィードバック端子Ｆｂに接続され、エミッタはグランド
に接続される。

【０００８】制御回路９の出力端子９ａは、ＦＥＴ３の
ゲートに接続され、また電流検出端子９ｂはＦＥＴ３の
ソースに接続される。この制御回路９は、パルス幅変調
（ＰＷＭ）回路又はパルス周波数変調（ＰＦＭ）回路を
含み、誤差検出回路８からフィードバックされた誤差信
号に応じてパルス幅を変えた駆動信号又はパルスの繰返
しの周波数を変えた駆動信号でＦＥＴ３をスイッチング
する。また、制御回路９は、ＦＥＴ３を強制的にオフに
する遮断回路を持っている。

【０００９】次に、図５に示すスイッチング電源装置の
動作について説明する。

【００１０】スイッチング電源が安定した動作をしてい
るとき、ＦＥＴ３は、図７（ｃ）に示すような駆動信号
のパルスでオン・オフ制御されている。従って、トラン
ス２の一次巻線２ａには、図７（ａ）のような台形状の
パルス電流ｉ2aが流れ、二次巻線２ｂには、図７（ｂ）
のような台形状のパルス電流ｉ2bが流れる。

【００１１】即ち、時刻ｔ1でＦＥＴ３がオンすると、
入力電源１の電圧Ｖinが一次巻線２ａの両端に印加され
る。従って、一次巻線２ａには急激に電流が流れ始め、
一次巻線２ａと電磁結合された二次巻線２ｂの両端には
電圧Ｖ2bが誘起される。誘起される電圧Ｖ2bは、二次巻
線２ｂの巻数Ｎ2bと一次巻線２ａの巻数Ｎ2aとの巻数比
（Ｎ2b／Ｎ2a）に比例する。

【００１２】フォワ−ド型のスイッチング電源装置で
は、誘起される電圧Ｖ2bによって整流ダイオードＤ１が
正方向にバイアスされる。このため、二次巻線２ｂ、整
流ダイオードＤ１、インダクタＬ１、コンデンサＣ１の
ループに電流が流れ、コンデンサＣ１が充電される。な
お、負荷７には、コンデンサＣ１の両端電圧ＶC1が供給
される。また、インダクタＬ１の両端電圧ＶL1は、（Ｖ
2b−ＶC1）となる。従って、インダクタＬ１のインダク
タンスをＬ、ＦＥＴ３の導通期間をｔon（ｔ1〜ｔ2）と
すると、二次巻線２ｂに流れる電流ｉ2bは、次式で表わ
される。

【００１３】ｄ（ｉ2b）＝｛（Ｖ2b−ＶC1）／Ｌ｝・ｄ
ｔ但し０≦ｔ≦ｔon そして、導通期間ｔonにおいて、時間の経過につれて、
電流ｉ2bは徐々に増加する。

【００１４】時刻ｔ2でＦＥＴ３をオフ制御すると、一
次巻線２ａを流れる電流ｉ2aは急峻に立下がる。このた
め、一次巻線２ａから二次巻線２ｂへの電力の伝達がな
くなり、ＦＥＴ３がオフ制御される非導通期間ｔoff
（ｔ2〜ｔ3）には、一次巻線２ａおよび二次巻線２ｂに
は電流ｉ2a、ｉ2bはともに流れない。なお、非導通期間
ｔoffでは、インダクタＬ１に逆起電力が発生する。こ
の結果、インダクタＬ１、コンデンサＣ１、転流ダイオ
ードＤ２のループに電流が流れ、コンデンサＣ１は放電
する。

【００１５】この結果、一次巻線２ａおよび二次巻線２
ｂには、ＦＥＴ３の導通期間ｔonでのみ、台形状のパル
ス電流ｉ2a、ｉ2bが流れる。

【００１６】次に、出力端子６ａ、６ｂの電圧が、変動
する場合について説明する。

【００１７】いま、出力端子６ａの電圧が、入力電源１
側あるいは負荷７側の原因により、上昇したとすると、
分圧抵抗Ｒ２とＲ３の接続点の電圧も上昇し、シャント
レギュレータＳｒの基準電圧も高くなって、アノードと
カソード間の内部抵抗が下がり、フォトダイオードＰｄ
を流れる電流が増加する。この電流の増加により、光結
合しているフォトトランジスタＰｔのコレクタとエミッ
タ間の内部抵抗が下がり、制御回路９のフィードバック
端子Ｆｂの電位が低下する。

【００１８】すると、制御回路９は、制御信号の導通時
比率を小さくし、または周波数を下げて、ＦＥＴ３を制
御する。これにより、一次巻線２ａから二次巻線２ｂに
伝達される電力が小さくなり、整流平滑回路５の出力電
圧、すなわち、出力端子６ａ、６ｂの出力電圧が低下し
て元の定常状態に制御される。

【００１９】また、出力端子６ａの電圧が低下した場合
には、誤差検出回路８、制御回路９および電流検出回路
４の動作は、前記の場合と逆になり、出力端子６ａ、６
ｂの電圧が上がって元の定常状態に制御されることにな
る。

【００２０】電流検出回路４は、負荷７の短絡などの異
常時において、ＦＥＴ３の過大電流による破壊を防止す
るために、ＦＥＴ３を流れる電流を抵抗Ｒ１の両端電圧
として検出し、或いは図５に示すカレントトランスＴｃ
の二次巻線に誘起する電圧として検出する。

【００２１】これらの検出電圧は、制御回路９内の基準
電圧と比較され、この基準電圧を越えた場合に、ＦＥＴ
３を強制的にオフさせるものである。

【００２２】最近では、ＦＥＴ３を流れる電流が入力電
源１の電圧に比例することに着目し、電流検出回路４の
検出信号を、ＦＥＴ３の制御信号として積極的に活用す
るカレントモード制御が採用されてきている。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】従来のスイッチング電
源装置においては、一般に１００〜５００ｋＨｚの周波
数で、ＦＥＴ３をオン・オフ制御させる。ＦＥＴ３が導
通期間ｔonにある場合、図５および図６に破線で示すス
イッチング周波数の電流が流れる電流ル−プ回路ａに
は、立上がり及び立下がりの急峻な台形状のパルス電流
が流れる。そして、トランス２の一次巻線２ａの漏洩イ
ンダクタンスおよびスイッチング素子３両端の寄生容
量、更には、回路配線における寄生容量および寄生イン
ダクタンスに起因して、スイッチング周期よりも高い周
波数の電圧が発生し、一次巻線２ａおよび二次巻線２ｂ
を流れる台形状のパルス電流ｉ2a、ｉ2bには、図７
（ａ）および（ｂ）のような数ＭＨｚ以上の高周波ノイ
ズ電流が重畳される。

【００２４】このような高周波ノイズ電流が重畳された
台形状のパルス電流ｉ2aが電流ループ回路ａを流れる
と、図２に示すように、例えば線スペクトルのエンベロ
ープＳａのような輻射ノイズが高周波帯域で発生する。
この輻射ノイズは、実装回路基板における電流ループ回
路ａの面積に比例して大きくなる傾向を持っている。そ
れは、電流ループ回路ａの面積が大きくなり、電流ルー
プ回路ａが長くなると、それに応じて高周波のスイッチ
ング周波数の電流が流れる回路配線が長くなるためであ
る。

【００２５】従って、輻射ノイズを低減するために、実
装回路基板上の電流ループ回路ａの面積を極力小さくす
ることが要求される。そのため、この電流ループ回路ａ
を構成する回路部品の小形化とこれら回路部品の実装面
積の縮小化が要求される。この電流ループ回路ａを構成
する部品のうち、スイッチングトランス２の小形化はス
イッチング電流の高周波化により、またＦＥＴ３の小形
化は素子の微細加工などにより進展している。

【００２６】しかしながら、電流検出回路４を抵抗Ｒ１
で構成する場合には、抵抗Ｒ１の大きさは損失によって
決まるのでその小形化は難しい。また、図６に示すよう
に、電流検出回路４をカレントトランスＴｃで構成する
場合には、カレントトランスＴｃの飽和を防止するため
に二次巻線数を減らすことができず、やはり小形化は難
しい。このように、電流ループ回路ａを形成する回路部
品のうち、電流検出回路４の小形化は難しく、電流ルー
プ回路ａの縮小化に制限を与えている。

【００２７】そこで、本発明は、スイッチング素子を含
む高周波のスイッチング周波数の電流が流れる電流ルー
プ回路ａの一部に高周波ノイズ電流に対する通路を設け
ることにより、高周波の輻射ノイズを低減したスイッチ
ング電源装置を提供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために次のように構成される。即ち、請求項１
の発明のスイッチング電源装置は、一次巻線と二次巻線
を有するトランスを備え、入力電源から前記トランスの
一次巻線に流れる電流を周期的に断続するスイッチング
素子と、記トランスの二次巻線に誘起した電圧を利用す
る出力回路を有し、トランスの一次巻線とスイッチング
素子を直列に接続し、その直列回路の両端にスイッチン
グ素子のスイッチング周波数よりも高い周波数に対して
短路となる容量性インピーダンス回路を接続したことを
特徴とする。

【００２９】この構成では、トランスの一次巻線とスイ
ッチング素子の直列回路には、スイッチング素子のスイ
ッチング動作に応じてスイッチング周波数を持つスイッ
チング電流が流れる。また、直列回路には、トランスの
漏洩インダクタンスやスイッチング素子の寄生容量、更
には回路配線の寄生インダクタンスや寄生容量によりス
イッチング周波数よりも高い周波数の高周波ノイズ電流
が流れる。

【００３０】容量性インピーダンス回路は、スイッチン
グ素子によるスイッチング周期の電流に対して高周波と
なる高周波ノイズ電流には、十分低いインピーダンスと
なる。従って、一次巻線とスイッチング素子からなる直
列回路を流れる高周波ノイズ電流を短絡することができ
る。また、容量性インピーダンス回路は、スイッチング
周期のスイッチング電流に対しては十分に高いインピー
ダンスとなるので、直列回路を流れるスイッチング電流
が短絡されることはない。斯くして、高周波ノイズ電流
が流れる電流経路が短くなり、スイッチング電源装置か
ら周囲空間に放射される高周波の輻射ノイズが低減す
る。

【００３１】容量性インピーダンス回路は、高周波ノイ
ズ電流の短路を形成すれば良く、例えば、セラミックコ
ンデンサなどの単機能コンデンサで構成しても良く、ま
た、コンデンサを主体とした容量性回路とすることもで
きる。更に、容量性インピーダンス回路は、例えば、可
変容量ダイオードのような容量性素子を用いて構成して
も良い。この場合は、スイッチング電源装置を組み立て
た後に、高周波輻射ノイズの最も大きい周波数の高周波
ノイズ電流を短路する容量性インピーダンスに調整する
ことができる。

【００３２】請求項２の発明のスイッチング電源装置
は、入力電源の一端にスイッチングトランスの一次巻線
とスイッチング素子からなる直列回路を接続し、該直列
回路と入力電源の他端との間に少なくともスイッチング
素子を流れる電流変化を検出する電流検出回路を接続
し、スイッチングトランスの二次巻線に発生した電圧を
整流し平滑する出力回路を備え、直列回路と並列に前記
スイッチング素子のスイッチング周波数よりも高い周波
数の電流をバイパスする容量性インピーダンス素子を接
続したことを特徴とする。

【００３３】この構成では、スイッチングトランスの一
次巻線とスイッチング素子の直列回路及び電流検出回路
には、スイッチング素子のスイッチング動作に応じてス
イッチング周期のスイッチング電流が流れ、また、スイ
ッチングトランスの漏洩インダクタンスやスイッチング
素子の寄生容量、更には回路配線の寄生インダクタンス
や寄生容量によりスイッチング周波数よりも高い周波数
の高周波ノイズ電流が流れる。

【００３４】容量性インピーダンス素子は、スイッチン
グ電流に対して高周波となる高周波ノイズ電流には十分
低いインピーダンスとなるので、一次巻線とスイッチン
グ素子からなる直列回路を流れる高周波ノイズ電流の短
絡通路となる。しかし、容量性インピーダンス素子は、
スイッチング電流に対しては十分に高いインピーダンス
となるので、短絡通路となることはない。従って、電流
検出回路には、スイッチング電流は流れるが、直列回路
を流れる高周波ノイズ電流は流れない。このため、高周
波ノイズ電流が流れる電流経路が短くなり、スイッチン
グ電源装置から周囲空間に放射される高周波の輻射ノイ
ズが低減する。

【００３５】容量性インピーダンス素子は、高周波ノイ
ズ電流をバイパスする機能を持つ素子であり、例えば、
市販のコンデンサでも良い。

【００３６】請求項３の発明のスイッチング電源装置
は、入力電源の両端にスイッチングトランスの一次巻線
及びスイッチング素子並びに電流検出回路からなる入力
回路を接続し、スイッチングトランスの二次巻線に整流
平滑回路を接続し、電流検出回路で入力回路を流れる電
流変動を検出すると共に整流平滑回路の出力の変動を検
出してスイッチング素子を制御する制御回路を備え、ス
イッチングトランスの一次巻線とスイッチング素子から
なる直列回路の両端にノイズ除去用のバイパスコンデン
サを接続したことを特徴とする。

【００３７】この構成では、出力変動に応じて制御回路
がスイッチング素子をＰＷＭ制御またはＰＦＭ制御を
し、出力を安定化する。この場合、スイッチング素子に
は、スイッチング素子を所定の導通比でオン・オフする
駆動信号が供給されるので、スイッチングトランスの一
次巻線及び電流検出回路には、スイッチング素子のスイ
ッチング動作に応じてスイッチング周期の電流が流れ
る。同時に、スイッチングトランスの漏洩インダクタン
スやスイッチング素子の寄生容量、更には回路配線の寄
生インダクタンスや寄生容量によりスイッチング周波数
よりも高い周波数の高周波電流、即ち、ノイズとなる電
流が発生する。

【００３８】バイパスコンデンサは、スイッチング周期
の電流に対して高周波となる高周波ノイズ電流には十分
低いインピーダンスとなる。従って、一次巻線とスイッ
チング素子からなる直列回路を流れる高周波ノイズ電流
をバイパスする。しかし、バイパスコンデンサは、スイ
ッチング周期の電流に対しては十分に高いインピーダン
スとなるので、スイッチング周波数の電流をバイパスす
ることはない。これにより、二次巻線には従来同様に十
分な電力が伝達され、他方、周囲空間に放射される高周
波の電磁輻射ノイズが低減する。

【００３９】請求項４の発明のスイッチング電源装置
は、一次巻線と二次巻線を有するトランスと、該トラン
スの一次巻線を含んで構成する入力回路と、トランスの
二次巻線を含んで構成する出力回路とを備え、入力回路
は、一次巻線と共に一次巻線に電流を供給する入力電源
及び一次巻線に流れる電流を周期的に断続するスイッチ
ング素子を含む電流ループ回路を有してなるスイッチン
グ電源装置に於いて、入力回路は、トランスの一次巻線
及びスイッチング素子並びに該スイッチング素子のスイ
ッチング周波数よりも高い周波数の電流を流す容量手段
とからなる高周波電流ループ回路を、電流ループ回路の
一部と重複して有することを特徴とする。

【００４０】この構成では、入力回路のスイッチング周
波数電流ループ回路には、スイッチング素子のスイッチ
ング動作に応じてスイッチング周期のスイッチング電流
が流れる。また、電流ループ回路には、主に、スイッチ
ングトランスの漏洩インダクタンス、スイッチング素子
の寄生容量などに起因してスイッチング周波数よりも高
い周波数の高周波ノイズ電流が流れる。

【００４１】しかし、高周波電流ループ回路は、スイッ
チング素子のスイッチング周波数よりも高い周波数の電
流を流す。従って、電流ループ回路には、主に高周波電
流ループ回路との重複回路部分に対して高周波ノイズ電
流が流れることになり、入力回路が周囲空間に放射す高
周波の電磁波、即ち輻射ノイズが低減する。また、高周
波電流ループ回路を小さく構成することにより、高周波
輻射ノイズ低減の効果が大きくなる。

【００４２】容量手段は、スイッチング素子によるスイ
ッチング周期の電流に対して高周波となる高周波ノイズ
電流には、十分低いインピーダンスとなるが、スイッチ
ング周期のスイッチング電流に対しては十分に高いイン
ピーダンスとなる。即ち、容量手段は、高周波ノイズ電
流の通路となるものであり、例えば、単機能コンデン
サ、更には、コンデンサを主体とした容量性回路、スイ
ッチの切換により容量値を変えることができる容量回路
とすることができる。

【００４３】また、容量手段は、可変容量素子を用いて
構成しても良い。この場合は、容量値を可変しうる容量
回路と同様に、スイッチング電源装置を組み立てた後
に、高周波の輻射ノイズの最も大きい周波数の高周波ノ
イズ電流に適合したインピーダンスに調整することがで
きる。

【００４４】請求項５の発明のスイッチング電源装置
は、複数の配線パターンを有する回路基板を備え、該回
路基板に入力回路形成領域及び出力回路形成領域並びに
制御回路形成領域を設け、入力回路形成領域には配線パ
ターンを用いて入力電源回路とトランスの一次巻線及び
スイッチング素子からなる直列回路を形成し、出力回路
形成領域にはトランスの二次巻線を含んで整流平滑回路
を形成し、また制御回路形成領域には前記スイッチング
素子を周期的にスイッチングする制御回路を形成し、ス
イッチング素子のスイッチング動作により入力電源回路
から一次巻線にスイッチング周波数の電流を流してなる
スイッチング電源装置に於いて、スイッチング周波数よ
りも高い周波数の電流を流すコンデンサを直列回路を接
続した配線パターン間に接続し且つ直列回路の形成位置
に近接して配置したことを特徴とする。

【００４５】この構成では、回路基板には、入力回路、
出力回路、制御回路が面積的に領域が定められて形成さ
れる。回路基板に於ける入力回路形成領域には、回路基
板に形成した配線パターンを用いて、トランス、スイッ
チング素子及びコンデンサが近接して実装されている。
従って、高周波ノイズ電流が流れる電流ループ回路が小
さくなり、回路基板から周囲空間に放射される高周波の
輻射ノイズが低減する。

【００４６】また、配線パターンを短くし、チップ型の
小さい回路部品を用いることで、高周波電流ループ回路
の形成面積を小さくでき、高周波の輻射ノイズ発生源を
縮小することができる。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００４８】図１において、本発明のスイッチング電源
装置は、図５に示す従来のスイッチング電源装置の改良
に関するものなので、従来のスイッチング電源装置と同
一部分については、同一番号を付してその説明を援用す
る。

【００４９】図１のように、ノイズ除去用のバイパスコ
ンデンサＣ２は、スイッチングトランス２の一次巻線２
ａとＦＥＴ３とからなる直列回路の両端、即ち、一次巻
線２ａの入力端子２ｃとＦＥＴ３のソース３ａとの間
に、太線で示すように接続される。

【００５０】バイパスコンデンサＣ２は、スイッチング
電源装置の一次巻線２ａ側の入力回路の高周波ノイズ電
流を流す短路となる。すなわち、バイパスコンデンサＣ
２は、一次巻線２ａとＦＥＴ３とともに高周波電流ルー
プ回路ｂを構成し、主としてスイッチングトランス２の
漏洩インダクタンスとＦＥＴ３の寄生容量の共振に起因
して発生する高周波ノイズ電流が流れる経路となる。従
って、高周波ノイズ電流は、電流検出回路４及び入力電
源１を含む電流ループ回路ａの全体には流れず、電流ル
ープ回路ａの途中でバイパスコンデンサＣ２によりバイ
パスされる。バイパスコンデンサＣ２として用いられる
静電容量値は数ｐＦ〜数１０００ｐＦである。なお、入
力電源１は、従来のスイッチング電源装置と同様に直流
電源であり、例えば、商用電源電圧を整流する整流回路
に数十μＦの静電容量の平滑コンデンサを並列に有する
ものである。

【００５１】この回路において、ＦＥＴ３がスイッチン
グすると、スイッチングトランス２の一次巻線２ａとＦ
ＥＴ３を含む電流ループ回路ａには、例えば、１００ｋ
Ｈｚ〜２ＭＨｚのスイッチング電流が流れるが、バイパ
スコンデンサＣ２で短路されることはない。また、バイ
パスコンデンサＣ２を含む高周波電流ループ回路ｂに
は、例えば、１０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの高周波ノイズ
電流が流れるが、電流検出回路４及び入力電源１には殆
ど流れない。

【００５２】次に、図２に、バイパスコンデンサＣ２を
設けた際にスイッチング電源装置から輻射される輻射ノ
イズレベルと周波数との関係を示す実験結果の一例であ
る線スペクトルのエンベロープＳｂを示す。実験に際し
ては、静電容量値が１０００ｐＦのバイパスコンデンサ
Ｃ２を選択し、１ＭＨｚのスイッチング周波数でＦＥＴ
３をスイッチングさせた。また、測定には、ハンド・ヘ
ルド形の磁界センサである近磁界プロ−ブを用い、３０
ＭＨｚから３００ＭＨｚの周波数範囲全体にわたっての
輻射ノイズレベルを計測した。

【００５３】具体的には、スイッチング電源装置の近傍
に近磁界プロ−ブを固定し、スイッチング電源装置から
輻射される磁界強度に比例した電力を測定した。さら
に、この磁界強度に比例した電力をスペクトラム・アナ
ライザに入力し、輻射ノイズレベルを計測した。なお、
比較デ−タとして図２に示される従来のスイッチング電
源装置の線スペクトルのエンベロープＳａも、同様に測
定したものである。

【００５４】本発明におけるエンベロープＳｂでは、従
来のエンベロープＳａと比較して明らかなように、ほ
ぼ、高周波ノイズ電流の３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの周
波数範囲全体にわたって輻射ノイズレベルが低下した。
特に、５０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの周波数における輻射
ノイズの低減が顕著である。

【００５５】次に、図３に、模式的に回路部品を実装し
た状態の回路基板１０を示す。回路基板１０は、片面の
回路基板、両面の回路基板、多層の回路基板のいずれで
も良い。回路基板１０には、入力回路形成領域１１、出
力回路形成領域１２、制御回路形成領域１３が設けられ
る。入力回路形成領域１１には、回路配線パターン１１
ａを用いてスイッチングトランスの一次巻線２ａ、ＦＥ
Ｔ３、バイパスコンデンサＣ２、電流検出回路４、入力
電源１が配置される。出力回路形成領域１２には、スイ
ッチングトランスの二次巻線２ｂ、整流平滑回路５が配
置される。制御回路形成領域１３には、誤差検出回路
８、制御回路９が配置される。

【００５６】スイッチングトランス２、ＦＥＴ３、バイ
パスコンデンサＣ２は相互に近接して配置され、また、
これらの回路部品を接続する回路配線パターン１１ａも
短く形成される。従って、高周波電流が流れる高周波電
流ループ回路ｂは小さくなり、同時に、回路基板１０に
占める面積も小さくなる。

【００５７】これにより、回路基板１０における高周波
ノイズ電流が流れる配線パターンの面積、即ち、高周波
電流ループ回路ｂが縮小し、高周波の輻射ノイズが低減
される。

【００５８】入力回路から出力回路への電力の伝達効率
を高めるために、ＦＥＴ３を駆動するパルスの立上りを
急峻にすると、高周波ノイズ電流の周波数が高くなる。
この場合でも、バイパスコンデンサＣ２の静電容量値を
選定使用することにより、高周波ノイズ電流を効率良く
バイパスすることができる。

【００５９】なお、図１の実施態様ではバイパスコンデ
ンサＣ２のみを示したが、高周波ノイズ電流の短路とし
て他の容量性インピーダンス回路を入力端子２ＣとＦＥ
Ｔ３のソース３ａの間に接続しても良い。図４を用い
て、具体的に説明する。

【００６０】第一に、図４（ａ）のように、端子２ｃと
ソース３ａの間に可変容量コンデンサ１４を接続しても
良い。可変容量コンデンサ１４の静電容量値を変えるこ
とにより、バイパスされる高周波ノイズ電流の周波数を
変えることができる。この結果、線スペクトルのエンベ
ロープＳｂの形状を変えることができる。

【００６１】第二に、図４（ｂ）のように、高周波ノイ
ズ電流の短路となるコンデンサ１５に対して、調整用の
コンデンサ１６ａとスイッチ１７ａの直列回路及び調整
用のコンデンサ１６ｂとスイッチ１７ｂの直列回路を並
列に接続している。スイッチ１７ａ、１７ｂを選択的に
閉成することにより容量性インピーダンスを大きくなる
ように調整し、最も輻射ノイズの大きい周波数の電流を
バイパスすることができる。

【００６２】第三に、図４（ｃ）のように、高周波ノイ
ズ電流の短路となるコンデンサ１８に対して、調整用の
コンデンサ１９を直列に接続し、コンデンサ１９の両端
にスイッチ２０を並列に接続している。この場合は、ス
イッチ２０を開成することにより、容量性インピーダン
スを小さくなるように調整することができる。

【００６３】第四に、図４（ｄ）のように、高周波ノイ
ズ電流の短路となるコンデンサ２１に対して、調整用の
コンデンサ２２ａを直列に接続し且つコンデンサ２２ａ
の両端にスイッチ２３ａを並列に接続し、調整用のコン
デンサ２２ｂとスイッチ２３ｂの直列回路をコンデンサ
２１に並列に接続している。この回路では、スイッチ２
３ａを閉じると容量性インピーダンスは小さくなり、ス
イッチ２３ｂを閉じると容量性インピーダンスは大きく
なる。これらスイッチの開成・閉成を組合せると、容量
性インピーダンスは複雑な調整が可能となる。

【００６４】第五に、図４（ｅ）のように、容量性ダイ
オード２４、例えば、逆方向電圧に対して容量を変える
可変容量ダイオードやバラクタダイオードとしても良
い。この場合、容量性ダイオード２４のカソード側が端
子２ｃに接続される。

【００６５】第六に、図４（ｆ）のように、可変容量ダ
イオード２５と直列に直流カットコンデンサ２６を接続
し、ダイオード２５のカソード側を端子２ｃに向けてい
る。そして、容量性ダイオード２５の両端には逆バイア
ス電圧を与える直流の可変電源２７が接続される。可変
電源２７の供給する直流電圧を変えることにより、容量
性インピーダンスを大き或いは小さく調整し、最も輻射
ノイズの大きい周波数の電流をバイパスすることができ
る。

【００６６】第七に、図４（ｇ）のように、可変容量ダ
イオード２８の両端に直列に直流カットコンデンサ２９
ａ、２９ｂを接続したものである。

【００６７】また、図１の実施態様では、スイッチング
素子としてＦＥＴ３をを示したが、ＭＯＳＦＥＴ、バイ
ポーラトランジスタであっても良い。更に、入力電源１
は、直流電流を供給できる電源であれば良く、例えば、
スイッチング電源装置が組込まれる電気機器の直流電源
でも良く、または、電池であっても良い。

【００６８】図１には、一例として、フォワードコンバ
ータ方式のスイッチング電源装置を示したが、本発明
は、フライバックコンバータ方式、ＲＣＣ（Ringing Ch
oke Converter）方式など、ＦＥＴ、トランジスタなど
のスイッチング素子を含むスイッチング周波数電流ルー
プ回路を有するスイッチング電源装置にも適用できるも
のである。

【００６９】

【発明の効果】請求項１の発明は、トランスの一次巻線
とスイッチング素子からなり、スイッチング周期の電流
が流れる直列回路と並列に容量性インピーダンス回路を
接続して、スイッチング素子のスイッチング動作に伴っ
て発生する高周波ノイズ電流をバイパスするので、高周
波ノイズ電流が流れる回路の電流経路を短くでき、結果
的にスイッチング電流が流れる回路から放射される高周
波の輻射ノイズを低減することができる。

【００７０】請求項２の発明は、スイッチング周波数の
スイッチング電流が流れる一次巻線、スイッチング素子
及び電流検出回路を含む電流経路に、スイッチング素子
のスイッチング周波数よりも高い周波数の電流を流す容
量性インピーダンス素子を、一次巻線とスイッチング素
子の直列回路と並列に接続したので、高周波ノイズ電流
が流れる電流経路を短くでき、これにより、スイッチン
グ電流が流れる回路から放射される高周波の輻射ノイズ
を低減することができる。また、電流検出回路で検出し
た信号を利用してスイッチング素子を制御することがで
きる。

【００７１】請求項３の発明は、入力回路の一部をバイ
パスするバイパスコンデンサを接続したので、スイッチ
ング素子のスイッチング動作により生じる高周波ノイズ
電流を入力回路の途中でバイパスさせることができる。
従って、高周波ノイズ電流が流れる電流経路を短くでき
高周波の輻射ノイズを低減できる。

【００７２】また、入力回路を構成する回路部品の小型
化に拘わらずに、入力回路に於ける高周波ノイズ電流の
流れる電流経路を縮小できるので、簡単且つ容易に高周
波の輻射ノイズを低減することができる。

【００７３】更にまた、電流検出回路で入力回路を流れ
る過電流を検出して、スイッチング素子を強制的にオフ
制御し、また出力変動に応じてオン・オフの導通比を変
えて出力を安定にすることができる。

【００７４】請求項４の発明は、入力回路に、スイッチ
ング周波数の電流ループ回路と高周波電流ループ回路を
一部重複して設けたから、重複部分に発生した高周波ノ
イズ電流をスイッチング周波数の電流ループ回路に流す
ことなく高周波電流ループ回路に流すことができる。従
って、入力回路から放射される高周波の輻射ノイズを低
減できる。また、高周波電流ループ回路を小さく構成す
ることで、高周波の輻射ノイズの低減効果を一層大きく
することができる。

【００７５】請求項５の発明は、コンデンサをトランス
及びスイッチング素子を実装した位置にできるだけ近く
配置したから、高周波電流ループ回路の形成面積が縮小
する。従って、回路基板に於ける高周波電流ループ回路
が小さくなり、結果的に高周波の輻射ノイズを低減する
ことができる。

【００７６】また、高周波電流ループ回路を構成する回
路部品を小型にして、高周波電流ループ回路を形成した
面積を小さくするから、高周波の輻射ノイズを一層低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスイッチング電源装置の一実施例を示
す回路図である。

【図２】図１に示すスイッチング電源装置および図５に
示す従来のスイッチング電源装置から輻射される線スペ
クトルのエンベロープを重ね合わせた特性図である。

【図３】本発明のスイッチング電源装置を構成する部品
を実装した状態を示す回路基板の模式図である。

【図４】図４（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ、本発明のス
イッチング電源装置における高周波ノイズ電流の短路と
して用いられる容量性インピーダンス素子を示す回路図
である。

【図５】従来のスイッチング電源装置を示す回路図であ
る。

【図６】従来のスイッチング電源装置における他の電流
検出回路を示す部分回路図である。

【図７】従来のスイッチング電源装置において、一次巻
線および二次巻線に流れる台形状のパルス電流に高周波
ノイズ電流が重畳された状態を示す図である。

【符号の説明】

１入力電源２スイッチングトランス２ａ一次巻線２ｂ二次巻線２ｃ入力端子３ＦＥＴ３ａソース４電流検出回路５整流平滑回路８誤差検出回路９制御回路１０回路基板１４可変容量コンデンサ２４容量性ダイオードａ電流ループ回路ｂ高周波電流ループ回路Ｃ２バイパスコンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次巻線と二次巻線を有するトランスを
備え、入力電源から前記トランスの一次巻線に流れる電
流を周期的に断続するスイッチング素子と、記トランス
の二次巻線に誘起した電圧を利用する出力回路を有し、
前記トランスの一次巻線と前記スイッチング素子を直列
に接続し、その直列回路の両端に前記スイッチング素子
のスイッチング周波数よりも高い周波数に対して短路と
なる容量性インピーダンス回路を接続したことを特徴と
するスイッチング電源装置。
【請求項２】入力電源の一端にスイッチングトランス
の一次巻線とスイッチング素子からなる直列回路を接続
し、該直列回路と前記入力電源の他端との間に少なくと
も前記スイッチング素子を流れる電流変化を検出する電
流検出回路を接続し、前記スイッチングトランスの二次
巻線に発生した電圧を整流し平滑する出力回路を備え、
前記直列回路と並列に前記スイッチング素子のスイッチ
ング周波数よりも高い周波数の電流をバイパスする容量
性インピーダンス素子を接続したことを特徴とするスイ
ッチング電源装置。
【請求項３】入力電源の両端にスイッチングトランス
の一次巻線及びスイッチング素子並びに電流検出回路か
らなる入力回路を接続し、前記スイッチングトランスの
二次巻線に整流平滑回路を接続し、前記電流検出回路で
前記入力回路を流れる電流変動を検出すると共に前記整
流平滑回路の出力の変動を検出して前記スイッチング素
子を制御する制御回路を備え、前記スイッチングトラン
スの一次巻線とスイッチング素子からなる直列回路の両
端にノイズ除去用のバイパスコンデンサを接続したこと
を特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項４】一次巻線と二次巻線を有するトランス
と、該トランスの一次巻線を含んで構成する入力回路
と、前記トランスの二次巻線を含んで構成する出力回路
とを備え、前記入力回路は、前記一次巻線と共に前記一
次巻線に電流を供給する入力電源及び前記一次巻線に流
れる電流を周期的に断続するスイッチング素子を含む電
流ループ回路を有してなるスイッチング電源装置に於い
て、前記入力回路は、前記トランスの一次巻線及び前記スイ
ッチング素子並びに該スイッチング素子のスイッチング
周波数よりも高い周波数の電流を流す容量手段とからな
る高周波電流ループ回路を、前記電流ループ回路の一部
と重複して有することを特徴とするスイッチング電源装
置。
【請求項５】複数の配線パターンを有する回路基板を
備え、該回路基板に入力回路形成領域及び出力回路形成
領域並びに制御回路形成領域を設け、前記入力回路形成
領域には前記配線パターンを用いて入力電源回路とトラ
ンスの一次巻線及びスイッチング素子からなる直列回路
を形成し、前記出力回路形成領域にはトランスの二次巻
線を含んで整流平滑回路を形成し、また前記制御回路形
成領域には前記スイッチング素子を周期的にスイッチン
グする制御回路を形成し、前記スイッチング素子のスイ
ッチング動作により前記入力電源回路から一次巻線にス
イッチング周波数の電流を流してなるスイッチング電源
装置に於いて、前記スイッチング周波数よりも高い周波数の電流を流す
コンデンサを前記直列回路を接続した配線パターン間に
接続し且つ前記直列回路の形成位置に近接して配置した
ことを特徴とするスイッチング電源装置。