JPH07322601A - スイッチング・レギュレータ - Google Patents

スイッチング・レギュレータ

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JPH07322601A
JPH07322601A JP10829394A JP10829394A JPH07322601A JP H07322601 A JPH07322601 A JP H07322601A JP 10829394 A JP10829394 A JP 10829394A JP 10829394 A JP10829394 A JP 10829394A JP H07322601 A JPH07322601 A JP H07322601A
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JP
Japan
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ceramic capacitor
voltage
input
feedback terminal
switching
Prior art date
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Application number
JP10829394A
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English (en)
Inventor
Takao Yoshihara
孝男 吉原
Takatoshi Okubo
孝年 大久保
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力帰還端子雑音が抑制されつつ、スイッチ
ング周波数がより高周波化され、しかもそれ自体の小型
化を図ること。 【構成】 入力フイルタ1内にセラミックコンデンサ直
列接続体1cを含ませる場合には、20V以上の入力直
流電圧が分圧され、セラミックコンデンサ個々への印加
直流電圧は電歪共振が発生する臨界電圧以下に設定され
得、したがって、スイッチング・レギュレータのスイッ
チング周波数でのセラミックコンデンサ直列接続体1c
でのインピ−ダンス増加が抑えられる結果として、スイ
ッチング素子2からの入力帰還端子雑音が効率的に低減
され得るものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、入力帰還端子雑音低減
用入力フィルタを構成要素として含むスイッチング・レ
ギュレータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3に従来技術に係るスイッチング・レ
ギュレータの一例での回路構成を示す。これによる場
合、入力フィルタ(チョ−クコイル1aおよびコンデン
サ1bから構成)1を介された直流電圧VINがトランス
3の1次側巻線に印加された状態で、その1次側巻線に
直列挿入されているスイッチング素子2が一定周波数で
オン/オフ制御される一方、トランス3の2次側巻線に
誘起される直流電圧は整流回路4で整流された後、更に
平滑回路で平滑化された上、負荷(図示せず)に供給さ
れるものとなっている。その際、平滑化後の直流電圧V
O と設定電圧との偏差電圧に応じて、スイッチング素子
2でのオン状態パルス幅がPWM制御回路6によりPW
M制御されることによって、負荷の状態が変動した場合
であっても、平滑化後の直流電圧VO として、所望電圧
の直流電圧が安定化された状態として得られているもの
である。なお、コンデンサ1bとして面付け用のセラミ
ックコンデンサが使用される場合、その選択し得る容量
としては、その上限がせいぜい1μFしかないため、そ
の容量を増やす場合には、図示のように、並列接続され
るものとなっている。
【0003】因みに、スイッチング・レギュレータにお
いては、一般に直流電圧が入力フィルタを介しトランス
1次側巻線に印加されているが、その際に使用される一
般的な入力フィルタとしては、「スイッチング電源の回
路設計と実装技術」(昭和61年12月15日、ミマツ
デ−タシステム編集・発行、第386頁)に記載されて
いるラインフィルタ回路構成のうち、電源インピ−ダン
スZs が小さく、負荷インピ−ダンスZR が大きい条件
下で入力帰還端子雑音低減に効果があるチョ−クインプ
ットL型フィルタか、あるいは電源インピ−ダンスZs
、負荷インピ−ダンスZR がともに大きい条件下で入
力帰還端子雑音低減に効果があるπ型フィルタが専ら用
いられているものとなっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、スイッチン
グ・レギュレータ一般においては、スイッチング素子で
のスイッチング動作に起因して入力帰還端子雑音が発生
されるが、そのスイッチング周波数が高周波化される程
に、その入力帰還端子雑音の存在は次第に無視し得なく
なっているのが実情である。入力帰還端子雑音を小さく
するには、入力フィルタを構成しているチョ−クコイル
のインダクタンスを大きく設定するか、あるいはコンデ
ンサの容量を大きく設定するか、またはこれらインダク
タンス、容量をともに大きく設定することが考えられる
ものとなっている。しかしながら、コンデンサとしてセ
ラミックコンデンサを使用した場合、直流入力電圧が2
0V〜30V以下の条件下では、セラミックコンデンサ
単体の等価直列抵抗(ESR)特性は、図4に示すよう
に、理想的な特性を示すことから、入力帰還端子雑音は
スイッチング周波数とは無関係に理論通り小さく抑えら
れるものとなっている。しかし、直流入力電圧が20V
〜30V以上ともなれば、セラミックコンデンサ単体の
ESR特性は、図5に示すように、特定の高周波領域で
著しく上昇する現象が生じるようになる。即ち、電歪共
振周波数とスイッチング周波数が一致すれば、スイッチ
ング雑音は入力フィルタでは減衰されず、そのまま入力
帰還端子雑音として入力側に帰還され、入力側に接続さ
れている他機器に誤動作や、音声雑音などの悪影響を与
える虞があるというものである。なお、上記にいうとこ
ろの電歪共振とは、セラミックコンデンサ単体に20V
〜30V以上の直流バイアス電圧が印加された場合に、
図5に示すように、ほぼ特定周波数以上の周波数で等価
直列抵抗が著しく増加する現象として定義される。
【0005】以上、従来技術に係るスイッチング・レギ
ュレータ一般での不具合について要約すれば、その入力
フィルタの構成要素としてのコンデンサには、専らアル
ミ電解コンデンサか、あるいはセラミックコンデンサが
使用されており、たとえ、セラミックコンデンサを使用
したとしても、スイッチング周波数がせいぜい300k
Hz 以下と比較的低かったことから、セラミックコンデ
ンサがもつ電歪共振周波数(400kHz 以上)とは一
致せず、特に問題にならなかったものである。一方、ス
イッチング・レギュレータ自体が小型化されることの要
求は強く、これに対応するには、入出力フィルタ自体の
小型化が図れるスイッチング周波数の高周波化は必須と
なっているのが現状である。換言すれば、従来技術に係
るスイッチング・レギュレータにおいては、入力フィル
タの構成要素としてのコンデンサにセラミックコンデン
サが使用されている場合に、直流入力電圧がセラミック
コンデンサに電歪共振が発生する臨界電圧以上であっ
て、しかもスイッチング・レギュレータのスイッチング
周波数とセラミックコンデンサの電歪共振周波数とが一
致するような場合には、そのスイッチング周波数でフィ
ルタ自体のインピ−ダンスが増加することが否めなく、
これがために入力帰還端子雑音低減効果が必然的に小さ
く抑えられることについては何等配慮されていなかった
ものである。
【0006】因みに、以上の不具合に対する対策として
は、(1)スイッチング・レギュレータのスイッチング
周波数を、使用されるセラミックコンデンサの電歪共振
周波数と一致しないように変更する、(2)セラッミク
コンデンサの形状を、スイッチング周波数と一致しない
ように変更する(セラミックコンデンサの電歪共振周波
はそのW、L寸法で推定・変更可)、(3)セラッミク
コンデンサ周囲をハ−ドコ−ティングし、セラッミクコ
ンデンサが共振しないようにする、などの方法が考えら
れる。しかしながら、(1)の方法による場合は、スイ
ッチング周波数のばらつきと電歪共振周波数のばらつき
を考慮すれば、スイッチング周波数をより高周波化しな
ければならず、その反面、スイッチング周波数が高くな
れば、トランスなどでの内部損失が増加することは否め
なく、また、(2)の方法による場合には、セラッミク
コンデンサがカスタム品となり、セラミックコンデンサ
が高価となることは否めなく、更に、(3)による方法
では、その製造上、ハ−ドコ−ティング設備が新たに要
されるものとなっている。本発明の目的は、入力帰還端
子雑音が抑制されつつ、スイッチング周波数がより高周
波化され得、しかもそれ自体の小型化が図れるスイッチ
ング・レギュレータを供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、基本的に
は、構成要素としての入力帰還端子雑音低減用入力フィ
ルタがチョークコイルおよびセラミックコンデンサから
構成されている場合に、そのセラミックコンデンサが、
セラミックコンデンサ単体と、電歪共振周波数でのイン
ピーダンスが2Ω程度以下に設定され、かつ複数のセラ
ミックコンデンサからなる直列接続体とから構成された
上、これら直列接続体、セラミックコンデンサ単体がチ
ョークコイル近傍に所定に配された状態として構成され
ることで達成される。
【0008】
【作用】セラミックコンデンサを直列に複数個接続する
ことによって、20V以上の入力直流電圧が分圧される
場合には、セラミックコンデンサ個々に印加される直流
電圧は電歪共振が発生する臨界電圧以下に設定され得る
ものである。したがって、入力帰還端子雑音低減用入力
フィルタがその構成要素として、複数のセラミックコン
デンサからなる直列接続体を含む場合には、スイッチン
グ・レギュレータのスイッチング周波数でのセラミック
コンデンサのインピ−ダンス増加が抑えられる結果とし
て、入力帰還端子雑音が低減され得るものである。
【0009】
【実施例】以下、本発明を図1,図2により説明する。
図1,図2は何れも入力直流電圧が20V以上とされた
入力帰還端子雑音低減用入力フィルタを構成要素として
含む、本発明によるスイッチング・レギュレータの一例
での回路構成を示したものである。
【0010】先ず図1に示すスイッチング・レギュレー
タについて説明すれば、その回路構成と回路動作は入力
帰還端子雑音がより低減されていることを除けば、既述
の図3に示したスイッチング・レギュレータでのものに
ほぼ同様である。即ち、入力フィルタ1自体の構成にそ
の特徴があるものである。図示のように、入力フィルタ
1はチョークコイル1a、セラミックコンデンサ(単
体)1bおよびセラミックコンデンサ直列接続体1cか
らなるL型入力帰還端子雑音低減用入力フィルタとして
構成されたものとなっている。これまでにあっては、ス
イッチング素子2でのスイッチング動作により発生する
雑音は、セラミックコンデンサ1bとチョ−クコイル1
aにより減衰された状態として入力側に入力帰還端子雑
音として出現するが、その際、セラミックコンデンサ1
bの電歪共振周波数とスイッチング周波数が一致する場
合には、入力帰還端子雑音は十分に抑制され得なかった
ものである。しかしながら、図示のように、セラミック
コンデンサ1bに対し、複数のセラミックコンデンサが
直列接続されてなるセラミックコンデンサ直列接続体1
cが並列に接続されている場合には、セラミックコンデ
ンサ直列接続体1cで入力直流電圧が分圧されること
で、セラミックコンデンサ個々に印加される電圧は電歪
共振の発生する電圧以下に抑えられ、スイッチング・レ
ギュレータのスイッチング周波数でのセラミックコンデ
ンサのインピ−ダンス増加が抑えられることから、入力
帰還端子雑音は効率的に抑制され得るものである。
【0011】次に、図2に示すスイッチング・レギュレ
ータについて説明すれば、図1に示すものと同様、その
回路構成と回路動作は入力帰還端子雑音がより低減され
ていることを除けば、既述の図3に示したスイッチング
・レギュレータでのものにほぼ同様である。即ち、入力
フィルタ1自体の構成にその特徴があるものである。図
示のように、その入力フィルタ1はチョークコイル1
a、セラミックコンデンサ(単体)1bおよびセラミッ
クコンデンサ直列接続体1cからなるπ型入力帰還端子
雑音低減用入力フィルタとして構成されたものとなって
いる。図示のように、スイッチング素子2でのスイッチ
ング動作により発生する雑音は、セラミックコンデンサ
1b、セラミックコンデンサ直列接続体1cおよびチョ
−クコイル1aにより減衰された状態として入力側に入
力帰還端子雑音として出現するが、この場合も先の場合
と同様、セラミックコンデンサ直列接続体1cで入力直
流電圧が分圧されることで、セラミックコンデンサ個々
に印加される電圧は電歪共振の発生する電圧以下に抑え
られ、スイッチング・レギュレータのスイッチング周波
数でのセラミックコンデンサのインピ−ダンス増加が抑
えられることから、入力帰還端子雑音は効率的に抑制さ
れ得るものである。セラミックコンデンサ1b、セラミ
ックコンデンサ直列接続体1c各々の挿入位置が相互に
入替えされても、同様な効果が得られるものである。
【0012】因みに、実験的に確認したところ、入力帰
還端子雑音の低減上、セラミックコンデンサ直列接続体
1cを構成するセラミックコンデンサは、セラミックコ
ンデンサ直列接続体1c全体でのインピーダンスが2Ω
程度以下に設定されべくその個数が決定される場合に、
最もその効果が大きいことが判明した次第である。
【0013】
【発明の効果】以上、説明したように、請求項1〜3に
よる場合には、入力帰還端子雑音が抑制されつつ、スイ
ッチング周波数がより高周波化され得、しかもそれ自体
の小型化が図れるスイッチング・レギュレータがそれぞ
れ得られるものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、入力帰還端子雑音低減用入力フィルタ
を構成要素として含む、本発明によるスイッチング・レ
ギュレータの一例での回路構成を示す図
【図2】図2は、入力帰還端子雑音低減用入力フィルタ
を構成要素として含む、本発明によるスイッチング・レ
ギュレータの他の例での回路構成を示す図
【図3】図3は、従来技術に係るスイッチング・レギュ
レータの一例での回路構成を示す図
【図4】図4は、セラミックコンデンサ単体に直流バイ
アス電圧0Vが印加された際でのESR周波数特性を示
す図
【図5】図5は、セラミックコンデンサ単体に直流バイ
アス電圧40Vが印加された際でのESR周波数特性を
示す図
【符号の説明】
1…入力フィルタ、1a…チョ−クコイル、1b…セラ
ミックコンデンサ、2…スイッチング素子、3…トラン
ス、4…整流回路、5…平滑回路、6…PWM制御回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力帰還端子雑音低減用入力フィルタを
    介された直流電圧がトランス1次側巻線に印加された状
    態で、該トランス1次側巻線に直列挿入されているスイ
    ッチング素子が特定高周波数以上の一定周波数でオン/
    オフ制御される一方、トランス2次側巻線に誘起される
    直流電圧は整流・平滑化されるとともに、平滑化後の直
    流電圧と設定電圧との偏差電圧に応じて上記スイッチン
    グ素子でのオン状態がPWM制御されるようにしたスイ
    ッチング・レギュレータであって、チョークコイルおよ
    びセラミックコンデンサを構成要素として構成されてな
    る入力帰還端子雑音低減用入力フィルタは、構成要素と
    してのセラミックコンデンサが、セラミックコンデンサ
    単体と、電歪共振周波数でのインピーダンスが2Ω程度
    以下に設定され、かつ複数のセラミックコンデンサから
    なる直列接続体とから構成された上、該直列接続体、上
    記セラミックコンデンサ単体がチョークコイル近傍に所
    定に配された状態として構成されているスイッチング・
    レギュレータ。
  2. 【請求項2】 入力帰還端子雑音低減用入力フィルタを
    介された直流電圧がトランス1次側巻線に印加された状
    態で、該トランス1次側巻線に直列挿入されているスイ
    ッチング素子が特定高周波数以上の一定周波数でオン/
    オフ制御される一方、トランス2次側巻線に誘起される
    直流電圧は整流・平滑化されるとともに、平滑化後の直
    流電圧と設定電圧との偏差電圧に応じて上記スイッチン
    グ素子でのオン状態がPWM制御されるようにしたスイ
    ッチング・レギュレータであって、チョークコイルおよ
    びセラミックコンデンサを構成要素として構成されてな
    る入力帰還端子雑音低減用入力フィルタは、構成要素と
    してのセラミックコンデンサが、セラミックコンデンサ
    単体と、電歪共振周波数でのインピーダンスが2Ω程度
    以下に設定され、かつ複数のセラミックコンデンサから
    なる直列接続体とから構成された上、該直列接続体、上
    記セラミックコンデンサ単体がともにチョークコイル後
    段側に配された状態として構成されているスイッチング
    ・レギュレータ。
  3. 【請求項3】 入力帰還端子雑音低減用入力フィルタを
    介された直流電圧がトランス1次側巻線に印加された状
    態で、該トランス1次側巻線に直列挿入されているスイ
    ッチング素子が特定高周波数以上の一定周波数でオン/
    オフ制御される一方、トランス2次側巻線に誘起される
    直流電圧は整流・平滑化されるとともに、平滑化後の直
    流電圧と設定電圧との偏差電圧に応じて上記スイッチン
    グ素子でのオン状態がPWM制御されるようにしたスイ
    ッチング・レギュレータであって、チョークコイルおよ
    びセラミックコンデンサを構成要素として構成されてな
    る入力帰還端子雑音低減用入力フィルタは、構成要素と
    してのセラミックコンデンサが、セラミックコンデンサ
    単体と、電歪共振周波数でのインピーダンスが2Ω程度
    以下に設定され、かつ複数のセラミックコンデンサから
    なる直列接続体とから構成された上、該直列接続体、上
    記セラミックコンデンサ単体のうち、何れか一方はチョ
    ークコイル前段側に、他方はチョークコイル後段側に配
    された状態として構成されているスイッチング・レギュ
    レータ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2793967A1 (fr) * 1999-05-18 2000-11-24 Mitsubishi Electric Corp Ensemble de conversion de puissance electrique
CN104113195A (zh) * 2013-04-19 2014-10-22 三星电机株式会社 复合电子组件、设置有它的板以及具有它的功率供应***
CN104917385A (zh) * 2015-05-23 2015-09-16 成都众孚理想科技有限公司 一种噪声减小型隔离式高频方波dc-dc电源

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