JP5278084B2 - 負荷制御装置及びコンデンサのインピーダンス調整方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1実施例について図1乃至図5を参照して説明する。図1は、負荷制御装置の構成を示すものである。負荷制御装置1において、電源であるバッテリ2の正側端子と負側端子(グランド)との間には、PチャネルMOSFET3(半導体スイッチング素子),コイル4及び直流モータ5(負荷)の直列回路が接続されている。FET3のスイッチング制御は制御回路6によって行われ、その制御回路6のグランド端子とモータ5の負側端子との間のグランド線には、コイル7が挿入されている。
すなわち、FET3及び8は電源(+B),グランド間に直列に接続されており、これらに対して並列にコンデンサ10が接続されている。また、電源とモータ5の正側端子との間にもコンデンサ11が接続されており、これらの直列回路に対して並列に、コンデンサ12が接続されている。そして、コイル7とコンデンサ10及び12とはπ型フィルタを構成しており、コイル6とコンデンサ11とはLCフィルタを構成している。
この場合、フィルタのゲインGVは、次式で表わされる。
GV=ZL/{(1+Z2/Z3)・ZL+Z2}
したがって、コンデンサC2のインピーダンスZ3を低下させればゲインGVは低下し、コイルL1のインピーダンスZ2を上昇させてもゲインGVは低下する。
この場合、ディスクリート素子であるコンデンサ10〜12のリードの長さによってリードインダクタンスを調整する。したがって、コンデンサの容量や素子数を増やさずとも、ノイズを除去するための周波数特性を調整できるので、フィルタを構成する部品の大型化や部品点数を増やすことなく、リップルの発抑を制生すると共にノイズの抑制を図ることができる。
図6は本発明の第2実施例であり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第2実施例では、コンデンサ11のリード11Lの長さを調整する代わりに、リードフレーム20(主たる配線接続部)側についてリード11Lとの接続を図る部分を冗長接続部21(リード部分)として延設することで、その部分のリードインダクタンス成分を大きくして、コンデンサ11の周波数共振点をAM帯の中心に合わせ込むように調整する。
以上のように構成される第2実施例によれば、リードフレーム20より延設され、リード11Lと直接接続される冗長接続部21のリードインダクタンスを増加させて、コンデンサ11の周波数特性,周波数共振点を調整できる。
図7は本発明の第3実施例であり、例えばコンデンサ11に替わるコンデンサ22が面実装タイプのチップ部品であり、そのコンデンサ22を基板上の配線パターン23(主たる配線接続部)に接続する場合を示す。この場合、図7(b)に示すように、第2実施例と同様にして、コンデンサ22と直接接続する部分を配線パターン23より冗長接続部24(リード部分)として延設することで、その部分のリードインダクタンス成分を大きくする。
以上のように構成される第3実施例によれば、配線パターン23より延設され、コンデンサ22と直接接続される冗長接続部24のリードインダクタンスを増加させて、コンデンサ22の周波数共振点を調整することができる。
図8は本発明の第4実施例であり、第3実施例と異なる部分について説明する。第4実施例は、第3実施例と同様にチップ部品のコンデンサ22を基板上の配線パターン23に接続するが、回路基板が両面配線を行うことを前提とする。コンデンサ22は、基板の表面側に、配線パターン23と分離して設けられたランド25に接続される。
図9は本発明の第5実施例であり、第3実施例と異なる部分について説明する。第5実施例もコンデンサ22を用いるが、回路基板が多層基板となっており、内層にグランド層が配置されるものとする。通常、グランド層は全面がグランドパターンとなるが、第3実施例のように基板表面に冗長接続部24が形成されている場合、その部位に対応してグランドパターンが存在すると、冗長接続部24のリードインダクタンスがグランドパターンの影響を受けてコンデンサ22の周波数特性を調整するのが困難となるおそれがある。
図10は本発明の第6実施例である。第6実施例は、第4実施例と同様に、コンデンサ22を配線パターン23とは切り離されたランド30に接続し、配線パターン23とランド30とを、例えば金線などのボンディングワイヤ31(リード部分)を介して接続する。すなわち、ボンディングワイヤ31自体もリードインダクタンスを有しており、ボンディングワイヤ31の長さは容易に調整できるので、その長さによってコンデンサ22の周波数特性を調整することができる。
図11は本発明の第7実施例である。第7実施例は、コンデンサ22を、絶縁性を有する接着剤60により配線パターン23に接着固定し、ボンディングワイヤ31によりコンデンサ22と配線パターン23との間の電気的接続を図っている。すなわち、ボンディングワイヤ31の長さ調整することで、そのリードインダクタンスによってコンデンサ22の周波数特性を調整する。これにより、例えば図7(b)に示すような冗長接続部24を設けずとも調整が可能となるので、必要となる基板面積をより小さくできる。
図12は本発明の第8実施例であり、第4実施例と異なる部分について説明する。第8実施例では、第4実施例のようにスルーホールを形成する場合であるが、ランド25に対する配線パターン32(配線接続部)の間隔を、配線パターン23よりも狭く形成している。この場合も同様に、配線パターン32にスルーホール33を形成し、ランド25にスルーホール34を形成するが、それらの間に更に2つのスルーホール35,36を形成する。そして、スルーホール33,35の間と、スルーホール36,34の間とは、基板裏面の配線パターン37,38で接続し、スルーホール35,36の間は、基板表面の配線パターン39で接続する。
図13は本発明の第9実施例を示すものであり、第1実施例の図1に示すものと同様の構成を、ロウサイド駆動方式に適用した場合を示す。負荷制御装置40では、図1ではグランド線に挿入されていたコイル7が電源線に挿入されており、モータ5の正側端子は、コイル7とコンデンサ12との共通接続点に接続されている。モータ5の負側端子は、コイル4とコンデンサ11との共通接続点に接続されており、コンデンサ11の他方の端子はグランド線に接続されている。
図14及び図15は本発明の第9実施例を示すものである。第10実施例は、フィルタ回路を、電源側と負荷側とに分離して構成した場合を示す。負荷制御装置41において、制御回路42と、FET3及び8がコントローラ部43を構成しているとすると、電源側のフィルタ回路44は、バッテリ2とコントローラ部43との間に配置されている。この場合、フィルタ回路44は、コイル45及びコンデンサ46,47のπ型フィルタで構成されている。そして、負荷側のフィルタ回路48は、コントローラ部43とモータ5との間に配置されている。この場合、フィルタ回路48は、コイル49及びコンデンサ50のLCフィルタで構成されている。
図16は本発明の第11実施例を示すもので、第10実施例の構成を、ロウサイド駆動方式に適用したものである。負荷制御装置51では、コントローラ部52において、FET3は電源線とグランド線との間に接続されており、FET8はグランド線に挿入されている。そして、制御回路42Lは、第9実施例と同様にスイッチング制御及び同期整流制御を行う。電源側のフィルタ回路44は第10実施例と同様の構成であり、負荷側のフィルタ回路53は、電源線に挿入されていたコイル49をグランド線に挿入したLCフィルタである。
第8実施例において、スルーホールの配置数や配置形態は、適宜変更して実施すれば良い。
コンデンサの共振点を中心に一致させる周波数帯は、AMラジオに限ることなく、個別の設計に応じてスイッチングノイズの影響を回避する必要がある周波数帯を選択すれば良い。
負荷はモータ5に限ることなく、ランプなどの誘導性の負荷や、或いはヒータのような抵抗性の負荷であっても良い。
半導体スイッチング素子は、FETに限ることなく、バイポーラトランジスタやIGBTなどでも良い。
Claims (10)
- 電源とグランドとの間に、負荷と共に直列に接続される半導体スイッチング素子をPWM(Pulse Width Modulation)制御することで、前記負荷に対する通電を制御する負荷制御装置において、
前記半導体スイッチング素子がスイッチング動作する場合に発生するノイズを低減するため、電源とグランドとの間,若しくは前記負荷の一端と電源又はグランドとの間に接続される1つ以上のコンデンサを備え、
前記コンデンサは、インピーダンスが最低になる周波数共振点が、前記ノイズの影響を低減する対象となる周波数帯の中心に一致するように、回路に接続されるリード部分のインダクタンスが調整されており、
前記リード部分は、前記回路をなす主たる配線接続部より突出して伸びる冗長接続部により構成され、
前記回路が多層基板上に構成され、内層に位置する電源層又はグランド層において、前記冗長接続部が配置されている部分は、電源パターン又はグランドパターンが除去されていることを特徴とする負荷制御装置。 - 前記コンデンサがディスクリート素子であり、前記リード部分は、前記コンデンサのリードで構成されていることを特徴とする請求項1記載の負荷制御装置。
- 前記リード部分は、スルーホールを介して基板の両面で接続される配線パターンで構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の負荷制御装置。
- 前記リード部分は、前記スルーホールを複数個設け、それらを連続して接続することで構成されていることを特徴とする請求項3記載の負荷制御装置。
- 前記リード部分は、ボンディングワイヤで構成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の負荷制御装置。
- 電源とグランドとの間に、負荷と共に直列に接続される半導体スイッチング素子をPWM(Pulse Width Modulation)制御することで、前記負荷に対する通電を制御する負荷制御装置に対し、前記半導体スイッチング素子がスイッチング動作する場合に発生するノイズを低減するため、電源とグランドとの間,若しくは前記負荷の一端と電源又はグランドとの間に1つ以上のコンデンサを接続し、
前記コンデンサを回路に接続するリード部分を、前記回路をなす主たる配線接続部より突出して伸びる冗長接続部として、
前記回路を多層基板上に構成する際に、内層に位置する電源層又はグランド層において、前記冗長接続部が配置されている部分は、電源パターン又はグランドパターンを除去しておき、
前記コンデンサのインピーダンスが最低になる周波数共振点を、前記ノイズの影響を低減する対象となる周波数帯の中心に一致させるように、前記冗長接続部の長さを調整してインダクタンスを調整することを特徴とするコンデンサのインピーダンス調整方法。 - 前記コンデンサがディスクリート素子で、前記リード部分は、前記コンデンサのリードであり、前記コンデンサのリードの長さを調整することを特徴とする請求項6記載のコンデンサのインピーダンス調整方法。
- 前記リード部分は、スルーホールを介して基板の両面で接続される配線パターンであることを特徴とする請求項6又は7記載のコンデンサのインピーダンス調整方法。
- 前記スルーホールを複数個設け、それらを連続して接続することで調整することを特徴とする請求項8記載のコンデンサのインピーダンス調整方法。
- 前記リード部分は、ボンディングワイヤであり、前記ボンディングワイヤの長さを調整することを特徴とする請求項6乃至9の何れか1項に記載のコンデンサのインピーダンス調整方法。
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