JP7095711B2 - Switching power supply - Google Patents
Switching power supply Download PDFInfo
- Publication number
- JP7095711B2 JP7095711B2 JP2020021845A JP2020021845A JP7095711B2 JP 7095711 B2 JP7095711 B2 JP 7095711B2 JP 2020021845 A JP2020021845 A JP 2020021845A JP 2020021845 A JP2020021845 A JP 2020021845A JP 7095711 B2 JP7095711 B2 JP 7095711B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power supply
- switching power
- snubber circuit
- conductive wire
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
本明細書が開示する技術は、スナバ回路を備えたスイッチング電源装置に関する。 The techniques disclosed herein relate to switching power supplies with snubber circuits.
スイッチング電源装置では、スイッチング素子のスイッチング時にLCR共振(リンギング)が発生し、電磁ノイズが放射されてしまう場合がある。非特許文献1の例に示すように、高位電源線と低位電源線との間にスナバ回路を挿入することで、リンギングのエネルギーを消費し、電磁ノイズを抑制する技術が知られている。
In a switching power supply device, LCR resonance (ringing) may occur during switching of a switching element, and electromagnetic noise may be radiated. As shown in the example of Non-Patent
非特許文献1の例に示すようなスナバ回路では、高位電源線と低位電源線との接続経路上にスナバコンデンサが配置されている。このスナバコンデンサが絶縁破壊した場合に、高位電源線と低位電源線とがショートしてしまう。
In a snubber circuit as shown in the example of Non-Patent
本明細書が開示するスイッチング電源装置の一実施形態は、主回路とスナバ回路を備える。主回路は、スイッチング素子を備える。スナバ回路は、抵抗部と容量部と結合部が直列接続された閉回路を備える。スナバ回路は、主回路と絶縁されている。結合部は、主回路が備える第1導電線と磁気的または電気的に結合している。 One embodiment of the switching power supply disclosed herein comprises a main circuit and a snubber circuit. The main circuit includes a switching element. The snubber circuit includes a closed circuit in which a resistance portion, a capacitance portion, and a coupling portion are connected in series. The snubber circuit is isolated from the main circuit. The coupling portion is magnetically or electrically coupled to the first conductive wire provided in the main circuit.
主回路が備える第1導電線に、スナバ回路が結合している。そのため、主回路のスイッチング素子から発生するリンギングのエネルギーを、結合したスナバ回路によって消費することができる。また、結合によりエネルギーを消費する形態であるため、高位電源線と低位電源線との接続経路上に容量部を配置する必要がない。容量部の絶縁破壊によるショート発生の事態を回避することが可能となる。 A snubber circuit is coupled to the first conductive wire provided in the main circuit. Therefore, the ringing energy generated from the switching element of the main circuit can be consumed by the coupled snubber circuit. Further, since the energy is consumed by coupling, it is not necessary to arrange the capacitance portion on the connection path between the high power supply line and the low power supply line. It is possible to avoid the situation where a short circuit occurs due to dielectric breakdown of the capacitive part.
第1導電線は、少なくとも一部に第1平面部を備えていてもよい。結合部は、第2平面部を備えた導電線であってもよい。第2平面部が第1平面部に対して絶縁されているとともに略平行に配置されていてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The first conductive wire may include at least a part of the first plane portion. The coupling portion may be a conductive wire provided with a second plane portion. The second plane portion may be insulated from the first plane portion and may be arranged substantially in parallel. Details of the effect will be described in Examples.
主回路の損失率をγ1とし、スナバ回路の損失率をγ2とした場合に、結合部と第1導電線との磁気結合定数κは、κ>(γ1-γ2)/2の関係が成立してもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 When the loss rate of the main circuit is γ 1 and the loss rate of the snubber circuit is γ 2 , the magnetic coupling constant κ between the coupling portion and the first conductive wire is κ> (γ 1 − γ 2 ) / 2. A relationship may be established. Details of the effect will be described in Examples.
結合部は、スナバ回路と第1導電線とを接続するコンデンサであってもよい。 The coupling portion may be a capacitor that connects the snubber circuit and the first conductive wire.
主回路は、スイッチング素子が配置された制御部と、平滑コンデンサが配置された平滑部と、を備えていてもよい。第1導電線は、制御部と平滑部との間を接続するバスバー、または、前滑部と外部負荷との間を接続するバスバーであってもよい。 The main circuit may include a control unit in which a switching element is arranged and a smoothing unit in which a smoothing capacitor is arranged. The first conductive wire may be a bus bar connecting between the control unit and the smoothing portion, or a bus bar connecting between the front sliding portion and the external load.
主回路は、スイッチング素子と接続される導電板と、スイッチング素子、および、スイッチング素子と導電板との接続部を覆う樹脂部と、を備えていてもよい。第1導電線は、導電板のうち樹脂部で覆われた領域であってもよい。効果の詳細は実施例で説明する。 The main circuit may include a conductive plate connected to the switching element, a switching element, and a resin portion covering the connection portion between the switching element and the conductive plate. The first conductive wire may be a region of the conductive plate covered with the resin portion. Details of the effect will be described in Examples.
(電動システム1の構成)
図1に、車載の電動システム1の概略回路図を示す。電動システム1は、スイッチング電源2、インバータ3、モータ4、コントローラ5を備える。スイッチング電源2は、バッテリ11の電圧を昇圧し、外部負荷であるインバータ3に印加する。インバータ3は、直流を3相交流に変換し、モータ4に印加する。コントローラ5は、スイッチング電源2およびインバータ3の動作を制御する。
(Configuration of electric system 1)
FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of an in-vehicle
(スイッチング電源2の構成)
スイッチング電源2は、バッテリ11、制御部12、スナバ回路13、平滑部14、バスバー21および22を備える。制御部12、平滑部14、バスバー21および22によって、主回路が構成されている。バスバー21および22は、銅板である。制御部12は、バスバー21および22の間に直列接続された、スイッチング素子SW1およびSW2を備える。バッテリ11の正端子は、インダクタL1を介して、スイッチング素子SW1およびSW2の中間接続ノードに接続されている。バッテリ11の負端子は、バスバー22に接続されている。バスバー22は基準電圧部位GNDに接続されている。バスバー22は低位電源線であり、バスバー21は高位電源線である。また制御部12は、寄生インダクタンスLp3を有している。
(Configuration of switching power supply 2)
The
制御部12の出力端子は、バスバー21および22を介して、平滑部14およびインバータ3に接続されている。バスバー21は、寄生インダクタンスLp1を有している。平滑部14は、バスバー21および22の間に直列接続された、コンデンサC1および等価直列抵抗RESRを備えている。平滑部14は、スイッチング素子SW1およびSW2のオン/オフ時に生じるサージ電圧等を平滑化する。
The output terminal of the
スナバ回路13は、抵抗部Rsnb、容量部Csnb、寄生インダクタンスLp2、が、導電板23によって直列接続された閉回路である。スナバ回路13は、主回路(制御部12、平滑部14、バスバー21および22)と絶縁されている。またスナバ回路13は、基準電圧部位GNDに接続されている。導電板23は、寄生インダクタンスLp2を有している。寄生インダクタンスLp2は、バスバー21の寄生インダクタンスLp1と磁気結合している。
The
図2に、電動システム1の一部の概略構成図を示す。電動システム1は、制御部12と平滑部14とインバータ3とがバスバー21によって接続されている構成を備えている。またバスバー21のうち、制御部12と平滑部14との間を接続する領域に近接して、スナバ回路13が配置されている構成を備えている。なお、図2ではバスバー21を1つの部品として簡略記載しているが、実際には複数の部品から構成されていてもよい。バスバー21は、xy平面に平行な第1平面部P1を備えている。第1平面部P1の表面には、絶縁シートISが配置されている。絶縁シートISは、バスバー21に巻き付けられていてもよい。第1平面部P1上には、絶縁シートISを介してスナバ回路13が配置されている。スナバ回路13は、絶縁シートISによって主回路と絶縁されている。
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of a part of the
スナバ回路13は、導電板23を環状に加工して形成されている。導電板23には、y方向に伸びるスリットS1およびS2によって切断されている。また、スリットS1およびS2をまたぐように、容量部Csnbおよび抵抗部Rsnbが接続されている。また導電板23は、バスバー21と対向している領域に、xy平面に平行な第2平面部P2を備えている。第2平面部P2は、第1平面部P1に対して略平行に配置されている。これにより、前述したように、寄生インダクタンスLp1およびLp2によって、スナバ回路13と主回路とは磁気結合している。なお、スナバ回路13と主回路との磁気結合定数κを高めるための磁性体は配置されていない。磁気結合定数κは、第1平面部P1と第2平面部P2とが重複する面積や、第1平面部P1と第2平面部P2との距離によって、調整可能である。
The
(磁気結合定数)
磁気結合定数κについて説明する。スナバ回路13の共振モードをa1、主回路(制御部12、平滑部14、バスバー21および22)の共振モードをa2とする。この場合、系全体の振る舞いは、下式1で表される。
The magnetic coupling constant κ will be described. The resonance mode of the
上式4の右辺第1項の2×2行列の固有値が実数となるとき、主回路とスナバ回路13との共振エネルギーが等しくなる。すなわち、スナバ回路13へ伝達されるエネルギーが最大となる。固有値は、下式で表される。ここでωは、ω1=ω2としたときの共振周波数である。
(効果)
図3に、比較例のスイッチング電源102を示す。比較例のスイッチング電源102は、バスバー21(高位電源線)とバスバー22(低位電源線)との間に、スナバ回路113を接続している。スナバ回路113は、抵抗部R100、容量部C100、寄生インダクタンスL100が直列接続された構成を有する。スナバ回路113によりリンギングのエネルギーを消費し、電磁ノイズを抑制することができる。しかし、バスバー21と22との接続経路上に容量部C100が配置されている。この容量部C100が絶縁破壊した場合に、バスバー21と22とがショートしてしまう。一方、本実施例に係るスイッチング電源2(図1)では、主回路が備えるバスバー21に、スナバ回路13が磁気結合している構造を有する。主回路のスイッチング素子SW1およびSW2から発生するリンギングのエネルギーを、磁気結合したスナバ回路13によって消費することができる。そしてスナバ回路13は、磁気結合によりエネルギーを消費する形態であるため、バスバー21と22との接続経路上に容量部Csnbを配置する必要がない。容量部Csnbの絶縁破壊によるショート発生の事態を回避することが可能となる。
(effect)
FIG. 3 shows a switching
磁性体を用いてスナバ回路を主回路に磁気結合させる場合には、磁気飽和が問題となる。車載の電動システムでは大電流を用いるためである。またスイッチング周波数が比較的低いため、寄生インダクタンスに流れる電流が直流とみなせるためである。本実施例に係るスイッチング電源2(図2)では、スナバ回路13の第2平面部P2と、バスバー21の第1平面部P1とを平行に近接配置している。これにより、磁性体を用いずに、スナバ回路13を主回路に磁気結合させることが可能となる。磁気飽和現象を抑制することができる。
When a snubber circuit is magnetically coupled to a main circuit using a magnetic material, magnetic saturation becomes a problem. This is because a large current is used in the in-vehicle electric system. Also, because the switching frequency is relatively low, the current flowing through the parasitic inductance can be regarded as direct current. In the switching power supply 2 (FIG. 2) according to the present embodiment, the second plane portion P2 of the
実施例2では、本明細書に係るスナバ回路を、パワーモジュールに内蔵した態様を説明する。図4に、パワーモジュール30の一部の概略断面図を示す。パワーモジュール30は、前述した制御部12に搭載される部品である。パワーモジュール30は、放熱板31、リード線32および36、はんだ層33および35、パワー素子34、スナバ回路13、樹脂層37を備える。なおスナバ回路13の構造については、実施例1で説明済みである。
In the second embodiment, an embodiment in which the snubber circuit according to the present specification is incorporated in a power module will be described. FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of a part of the
パワー素子34は、略直方体状に形成されており、前述したスイッチング素子SW1およびSW2やダイオードを複数収容している。パワー素子34の表面には、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極など(図示省略)が設けられている。ゲート電極には、はんだ層33によってリード線32の一端が接続されている。リード線32の他端は、前述したコントローラ5と接続されている。また、ソース電極およびドレイン電極の各々には、はんだ層35によってリード線36の一端が接続されている。リード線36の他端は、前述したバスバー21や22と接続されている。図4では、簡略化のため、ドレイン電極に接続されているリード線36のみを示している。
The
リード線36は、xy平面に平行な第1平面部P1aを備えている。第1平面部P1aの表面上には、絶縁シートISを介してスナバ回路13が配置されている。スナバ回路13が備える導電板23は、リード線36と対向している領域に、xy平面に平行な第2平面部P2aを備えている。 第2平面部P2aと第1平面部P1aとは、略平行に配置されている。これにより、スナバ回路13とリード線36とが、磁気結合している。
The
樹脂層37は、充填された液状樹脂(例:エポキシ樹脂)が硬化することによって形成されている。樹脂層37は、パワー素子34、スナバ回路13、リード線32および36の端部を覆うように形成されている。具体的には、リード線36とパワー素子34との接続部の近傍が、樹脂層37に覆われている。そして、樹脂層37で覆われた領域内に、スナバ回路13が配置されている。
The
(効果)
スナバ回路13を、パワーモジュール30内部のリード線36を介して主回路に結合させることができる。スナバ回路13をパワーモジュール30に内蔵できるため、スイッチング電源2の小型化が可能となる。
(effect)
The
図5に、実施例3に係るスイッチング電源2bの一部の概略構成図を示す。実施例3のスイッチング電源2bは、実施例1のスイッチング電源2(図2)に比して、結合コンデンサCcを備える点が異なる。両者で共通する部位には同一符号を付すことで、説明を省略する。
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of a part of the switching
バスバー21と、スナバ回路13の導電板23とは、結合コンデンサCcを介して電気的に結合している。またスナバ回路13は、基準電圧部位GNDに接続されておらず、フローティング状態とされている。
The
(効果)
制御部12内のスイッチング素子SW1およびSW2から発生するリンギングのエネルギーを、結合コンデンサCcによって電気的に結合しているスナバ回路13によって消費することができる。また、スナバ回路13はフローティング状態であるため、容量部Csnbが絶縁破壊した場合においても、ショートの発生を回避することができる。
(effect)
The ringing energy generated from the switching elements SW1 and SW2 in the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples exemplified above. Further, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.
(変形例)
スナバ回路13は、主回路が備えているバスバー21の経路上であれば、何れの位置に配置されていてもよい。すなわちスナバ回路13の配置位置は、バスバー21のうち、制御部12と平滑部14との間を接続する領域(図2)に限られない。例えば、バスバー21のうち、平滑部14とインバータ3との間を接続する領域にスナバ回路13を配置してもよい。
(Modification example)
The
実施例1のスナバ回路13(図1)は、基準電圧部位GNDに接続されていないフローティング状態であってもよい。 The snubber circuit 13 (FIG. 1) of the first embodiment may be in a floating state not connected to the reference voltage portion GND.
本明細書のスイッチング電源2は、車載システムに限らず、様々な用途に適用可能である。
The switching
制御部12、平滑部14、バスバー21および22は、主回路の一例である。導電板23および結合コンデンサCcは、結合部の一例である。バスバー21は、第1導電線の一例である。リード線36は、導電板の一例である。インバータ3は、外部負荷の一例である。
The
1:電動システム 2:スイッチング電源 11:バッテリ 12:制御部 13:スナバ回路 14:平滑部 21および22:バスバー 23:導電板 SW1およびSW2:スイッチング素子 Lp1~Lp3:寄生インダクタンス Rsnb:抵抗部、Csnb:容量部
1: Electric system 2: Switching power supply 11: Battery 12: Control unit 13: Snubber circuit 14: Smoothing
Claims (6)
前記スナバ回路は、前記主回路と絶縁されており、
前記結合部は、前記主回路が備える第1導電線と磁気的または電気的に結合している、スイッチング電源装置。 A switching power supply device including a main circuit including a switching element and a snubber circuit including a closed circuit in which a resistance portion, a capacitance portion, and a coupling portion are connected in series.
The snubber circuit is isolated from the main circuit.
The coupling portion is a switching power supply device that is magnetically or electrically coupled to the first conductive wire included in the main circuit.
前記結合部は、第2平面部を備えた導電線であり、
前記第2平面部が前記第1平面部に対して絶縁されているとともに略平行に配置されている、請求項1に記載のスイッチング電源装置。 The first conductive wire has at least a part of the first plane portion.
The joint portion is a conductive wire provided with a second plane portion, and is a conductive wire.
The switching power supply device according to claim 1, wherein the second flat surface portion is insulated from the first flat surface portion and arranged substantially in parallel.
請求項1に記載のスイッチング電源装置。 The coupling portion is a capacitor that connects the snubber circuit and the first conductive wire.
The switching power supply device according to claim 1.
前記第1導電線は、前記制御部と前記平滑部との間を接続するバスバー、または、前記平滑部と外部負荷との間を接続するバスバーである、請求項1~4の何れか1項に記載のスイッチング電源装置。 The main circuit includes a control unit in which the switching element is arranged and a smoothing unit in which a smoothing capacitor is arranged.
The first conductive wire is any one of claims 1 to 4, wherein the first conductive wire is a bus bar connecting between the control unit and the smoothing portion, or a bus bar connecting between the smoothing portion and an external load. The switching power supply according to.
前記スイッチング素子と接続される導電板と、
前記スイッチング素子、および、前記スイッチング素子と前記導電板との接続部を覆う樹脂部と、
を備えており、
前記第1導電線は、前記導電板のうち前記樹脂部で覆われた領域である、請求項1~5の何れか1項に記載のスイッチング電源装置。 The main circuit is
A conductive plate connected to the switching element and
The switching element, and the resin portion that covers the connection portion between the switching element and the conductive plate,
Equipped with
The switching power supply device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first conductive wire is a region of the conductive plate covered with the resin portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020021845A JP7095711B2 (en) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | Switching power supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020021845A JP7095711B2 (en) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | Switching power supply |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021129367A JP2021129367A (en) | 2021-09-02 |
JP7095711B2 true JP7095711B2 (en) | 2022-07-05 |
Family
ID=77489130
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020021845A Active JP7095711B2 (en) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | Switching power supply |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7095711B2 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3366192B2 (en) * | 1995-09-08 | 2003-01-14 | 株式会社日立製作所 | Wiring board and power conversion device using the same |
JP5760864B2 (en) * | 2011-08-30 | 2015-08-12 | 日産自動車株式会社 | Power converter |
JP5991137B2 (en) * | 2012-10-19 | 2016-09-14 | 日産自動車株式会社 | Power converter |
-
2020
- 2020-02-12 JP JP2020021845A patent/JP7095711B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021129367A (en) | 2021-09-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11153966B2 (en) | Electronic circuit device | |
EP3330981B1 (en) | Dual-mode choke coil and high-frequency filter using same, and on-board motor integrated electric power steering and on-board charging device | |
CN110168903B (en) | Busbar structure and power conversion device using same | |
JP4423462B2 (en) | Semiconductor power module | |
US11257616B2 (en) | Power conversion device and high-voltage noise filter | |
JP6678770B2 (en) | Power converter | |
US6838839B2 (en) | Electric circuit of electric vehicle | |
WO2019026339A1 (en) | Power conversion device and vehicle equipped with power conversion device | |
EP3404819B1 (en) | Power converter | |
US10021802B2 (en) | Electronic module assembly having low loop inductance | |
JP4981483B2 (en) | Integrated electric compressor | |
CN112514224B (en) | High voltage filters and power conversion devices | |
JP2018143010A (en) | Electronic circuit device | |
JP7095711B2 (en) | Switching power supply | |
US10840819B2 (en) | Electric power conversion device | |
JP6464580B2 (en) | Power converter | |
CN107624216B (en) | Power electronic device | |
CN115459601A (en) | Power conversion device | |
JP6528385B2 (en) | Power converter | |
US10855172B2 (en) | Shield, electronic circuit, and DC-DC converter | |
CN110463004A (en) | Power conversion device | |
CN111817579A (en) | Integrated DC bus and DC link capacitor | |
JP2017208943A (en) | Power conversion device | |
JP2016144238A (en) | Electric power conversion system | |
JP6676888B2 (en) | Power converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210629 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220517 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220524 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220606 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7095711 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |