專利名稱：開關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)設(shè)備，其包含共用電感部件的第一環(huán)路和第二環(huán)路，并控制流經(jīng)電感部件的電流。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)而言，已經(jīng)知道用于電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)備，其通過在用于電動(dòng)機(jī)PWM控制的開關(guān)元件的柵極和電動(dòng)機(jī)的上游側(cè)端子之間布置用于吸收高頻噪音的電容器來減小高頻噪音，例如射頻噪音(參見例如專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開No. H09-42096。由于用于電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)備通過增加連接到開關(guān)元件柵極的電容器或類似物來減小噪音，為減小噪音使用的元件的數(shù)量增多，用于電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)備的構(gòu)造變得復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一般目的在于提供一種開關(guān)設(shè)備，其通過改進(jìn)開關(guān)設(shè)備的電路構(gòu)造來減
小高頻噪音。在下面的說明中，將要給出本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，其部分地由說明書和附圖明了， 或者可通過根據(jù)說明書提供的教導(dǎo)實(shí)踐本發(fā)明來獲得。本發(fā)明的目的、其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過申請(qǐng)文件以完整、清楚、精確、確切的術(shù)語(yǔ)特別指出的開關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)和獲得，以便使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。為了獲得這些以及其他優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，如這里所具體化以及一般地介紹的，本發(fā)明一實(shí)施例提供了一種開關(guān)設(shè)備，包含第一環(huán)路，其被配置為包含開關(guān)元件、電感部件和電容器；第二環(huán)路，其被配置為與第一環(huán)路共用電感部件，其中，電容器與電感部件串聯(lián)插入第一環(huán)路中，其中，通過開通/關(guān)斷開關(guān)元件，開關(guān)設(shè)備以交替的方式控制流經(jīng)第一環(huán)路和第二環(huán)路的相應(yīng)的電流，以便控制流經(jīng)電感部件的電流，其中，由在開關(guān)元件被開通時(shí)流經(jīng)第一環(huán)路的電流產(chǎn)生的第一磁通與由在開關(guān)元件被關(guān)斷經(jīng)第二環(huán)路的電流產(chǎn)生的第二磁通指向同樣的方向。結(jié)合附圖，閱讀下面的詳細(xì)介紹，將會(huì)明了本發(fā)明的其他目的和進(jìn)一步的特征。


圖1示出了傳統(tǒng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電路構(gòu)造；圖2示出了包含在傳統(tǒng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備中的部件的布置；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電路構(gòu)造；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電路構(gòu)造；圖5示出了根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電路構(gòu)造；圖6示出了波形圖，其表示包含圖5所示電路構(gòu)造的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備中的磁通的減小的波動(dòng)效果；
圖7A示出了包含傳統(tǒng)的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電路單元Ul ；圖7B示出了包含根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的電路單元U2 ；圖8示出了在圖7A、7B所示電路單元U1、U2中檢測(cè)到的噪音水平；圖9示出了四層印刷電路板的示例性構(gòu)造的截面；圖10示出了負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的另一示例性電路構(gòu)造；圖11示出了負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的又一示例性電路構(gòu)造；圖12示出了包含代替圖3所示二極管D2的開關(guān)元件Q2的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1 ；以及圖13示出了包含代替圖4所示二極管D2的開關(guān)元件Q2的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備2。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明的開關(guān)設(shè)備的示例性實(shí)施例包含負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其用于驅(qū)動(dòng)包含電感部件的電感性負(fù)載。圖1示出了傳統(tǒng)的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電路構(gòu)造。負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路11通過開通和關(guān)斷開關(guān)元件Q來驅(qū)動(dòng)包含電感部件L的電感性負(fù)載。負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路11包含環(huán)路All和環(huán)路 A12，其在環(huán)路All與環(huán)路A12之間共用電感部件L。在開關(guān)元件Q被開通時(shí)，電流流經(jīng)環(huán)路A，即順次通過包含電感部件L的電感性負(fù)載和開關(guān)元件Q。在開關(guān)元件Q被關(guān)斷時(shí)，電流流經(jīng)環(huán)路B，即順次通過包含電感部件L的電感性負(fù)載和二極管D。通常，圖1所示的電路通過將實(shí)現(xiàn)電路必需的元件和形成圖案的線(patterned lines)布置到印刷電路板上來實(shí)現(xiàn)。在圖2中，保持為與連接點(diǎn)P12(圖1所示)的電位等電位的形成圖案的線與保持為與端子T3的電位等電位的形成圖案的線在印刷電路板的背面經(jīng)由通孔Hll和H12彼此連接，其中，連接點(diǎn)P12連接二極管D與開關(guān)元件Q，端子T3經(jīng)由線束(wiring harness)連接到包含電感部件L的電感性負(fù)載的一端。連接到通孔Hll 的形成圖案的線和連接到通孔H12的形成圖案的線保持在同一電位。在圖1、2所示的傳統(tǒng)電路中，例如，在開關(guān)元件Ql被開通和關(guān)斷時(shí)，電流交替流經(jīng)環(huán)路A11、A12。因此，穿過環(huán)路All的磁場(chǎng)和穿過環(huán)路A12的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生。流經(jīng)環(huán)路All 的電流的方向和流經(jīng)環(huán)路A12的電流的方向彼此相反，如圖1、2的箭頭所示。因此，根據(jù)右手握拳定則，相對(duì)于圖1、2的紙面穿過環(huán)路All的磁場(chǎng)的方向與相對(duì)于圖1、2的紙面穿過環(huán)路12的磁場(chǎng)的方向相反。由于磁場(chǎng)的方向通過開關(guān)元件Q的高速(短時(shí)間)開通/關(guān)斷而交替變化，可能由于這種構(gòu)造中的磁場(chǎng)的波動(dòng)而產(chǎn)生高頻噪音。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的電路構(gòu)造。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的電路構(gòu)造類似于圖1所示傳統(tǒng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備11的電路構(gòu)造。負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1包含環(huán)路Al和環(huán)路A2。環(huán)路Al構(gòu)成第一環(huán)路，環(huán)路A2構(gòu)成第二環(huán)路。負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1驅(qū)動(dòng)電感型電氣負(fù)載40。電氣負(fù)載40包含兩個(gè)末端，即第一末端和第二末端。負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的第一驅(qū)動(dòng)端子22連接到電氣負(fù)載的第一末端，負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備 1的第二驅(qū)動(dòng)端子23連接到電氣負(fù)載40的第二末端。環(huán)路Al與環(huán)路A2共用電氣負(fù)載40 的電感部件。除了包含電感部件的電氣負(fù)載40以外，環(huán)路Al包含開關(guān)元件Ql和電容器Cl。在環(huán)路Al中，連接點(diǎn)P1、連接點(diǎn)P2、上游側(cè)驅(qū)動(dòng)端子22、電氣負(fù)載40、下游側(cè)驅(qū)動(dòng)端子23、連接點(diǎn)P3、開關(guān)元件Q1、連接點(diǎn)P4和電容器Cl以這樣的順序連接。連接點(diǎn)Pl連接到電源端子21，電源端子21連接到電源的正電極。開關(guān)元件Ql可由例如MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)的半導(dǎo)體元件構(gòu)成，或者可由例如IGBT (絕緣柵型雙極型晶體管)等的晶體管構(gòu)成。電容器Cl可由例如多層陶瓷電容器(多層陶瓷電容)構(gòu)成，其小于電解電容器 (電解電容)或薄膜電容器(薄膜電容)。開關(guān)元件Ql的漏極在連接點(diǎn)P3上連接到驅(qū)動(dòng)端子23，驅(qū)動(dòng)端子23連接到電氣負(fù)載40的下游側(cè)。開關(guān)元件Ql的源極在連接點(diǎn)P4上連接到接地端子M，接地端子M連接到地(GND)串聯(lián)連接到電氣負(fù)載40的電容器Cl串聯(lián)插入環(huán)路Al的電流路徑。具體而言，電容器Cl串聯(lián)插入流經(jīng)環(huán)路Al的電流的環(huán)形電流路徑。電容器Cl的一端連接到布置在開關(guān)元件Ql的上游的第一電源線。電容器Cl的另一端連接到布置到開關(guān)元件Ql的下游的第二電源線。第一電源線的電位高于第二電源線的電位。例如，第一電源線連接到直流電源的正電極，第二電源線連接到地。具體而言，電容器Cl的一端在連接點(diǎn)Pl上連接到電源端子21，并進(jìn)一步連接到驅(qū)動(dòng)端子22，驅(qū)動(dòng)端子22在連接點(diǎn)P2上連接到電氣負(fù)載40的上游側(cè)。電容器Cl的另一端在連接點(diǎn)P4上連接到接地端子。由于電容器Cl和電氣負(fù)載40的串聯(lián)連接構(gòu)成LC電路，且電容器Cl串聯(lián)插入環(huán)路Al的電流路徑，可以將多層陶瓷電容器用作電容器Cl，多層陶瓷電容器相比于電解電容器較小，且具有較小的電容。因此，可以產(chǎn)生足夠的噪音降低效果。相反，除包含電感部件的電氣負(fù)載40以外，環(huán)路A2包含二極管D2。在環(huán)路A2中， 電氣負(fù)載40、驅(qū)動(dòng)端子23、連接點(diǎn)P3、二極管D2、連接點(diǎn)P2和驅(qū)動(dòng)端子22以這樣的順序連接。二極管D2的陽(yáng)極在連接點(diǎn)P3上連接到驅(qū)動(dòng)端子23以及開關(guān)元件Ql的漏極。二極管D2的陰極在連接點(diǎn)P2上連接到驅(qū)動(dòng)端子22，驅(qū)動(dòng)端子22連接到電氣負(fù)載40的上游側(cè)。二極管D2并聯(lián)連接到電氣負(fù)載40。在開關(guān)晶體管Ql開通時(shí)，二極管D2阻塞從電源 (+B)流入環(huán)路A2的電流，在開關(guān)晶體管Ql關(guān)斷時(shí)，傳送從電源(+B)流入環(huán)路A2的電流。電源端子21連接到電源的正電極(+B)，接地端子M連接到地(GND)。電源端子 21構(gòu)成保持在較高電位的第一電源端子，電源構(gòu)成第一直流電源，接地端子M構(gòu)成保持在較低電位的第二電源端子。這里，接地端子M可連接到第二直流電源，其額定電壓低于第一直流電源的額定電壓。在這種情況下，第一直流電源的額定電壓和第二直流電源的額定電壓可被設(shè)置為任意電壓，只要第一直流電源的額定電壓被設(shè)置為高于第二直流電源的額定電壓。下面，為容易闡釋起見，將介紹接地端子M被連接到地的實(shí)施例，除非明確地另有說明。電容器Cl的主要功能為降低負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的噪音。優(yōu)選為將陶瓷型電容器用作電容器Cl，陶瓷型電容器具有較大的劣化電阻。另外，通過使用陶瓷型電容器，可以使得負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備的尺寸較小。開關(guān)元件Ql受到控制，以便交替地開通/關(guān)斷。開通/關(guān)斷的周期和開通/關(guān)斷的占空比可被設(shè)置為任意值。根據(jù)圖3所示的示例性實(shí)施例，在開關(guān)元件Ql開通時(shí)，以箭頭Il的方向，電流Il 流經(jīng)環(huán)路Al。在開關(guān)元件Ql關(guān)斷時(shí)，以圖3所示的箭頭12的方向，電流12流經(jīng)環(huán)路A2。 通過這種方式，通過適當(dāng)?shù)乜刂崎_關(guān)元件Ql的開通占空比，可以控制流經(jīng)電氣負(fù)載40的電流。如上所述，盡管圖3所示的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1被夠成為阱(sink)型電路，本發(fā)明的一實(shí)施例的開關(guān)設(shè)備可應(yīng)用于被構(gòu)成為源(source)型電路的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備。如圖4所示，負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備2包含環(huán)路Bl和環(huán)路B2。環(huán)路Bl構(gòu)成第一環(huán)路，環(huán)路 B2構(gòu)成第二環(huán)路。負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備2的驅(qū)動(dòng)端子25連接到電氣負(fù)載40的上游側(cè)端子。電氣負(fù)載40的上游側(cè)端子構(gòu)成第一末端。電氣負(fù)載40的下游側(cè)端子在連接點(diǎn)P8上連接到地。 電氣負(fù)載40的下游側(cè)端子構(gòu)成第二末端。電氣負(fù)載40的第二末端可連接到負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備 2的接地端子。環(huán)路Bl和環(huán)路B2共用電氣負(fù)載40的電感部件。 除了包含電感部件的電氣負(fù)載40以外，環(huán)路Bl包含開關(guān)元件Ql和電容器Cl。在環(huán)路Bl中，連接點(diǎn)P6、開關(guān)元件Q1、連接點(diǎn)P7、上游側(cè)驅(qū)動(dòng)端子25、電氣負(fù)載40、連接點(diǎn)P8、 接地端子沈、連接點(diǎn)P9、電容器Cl以這樣的順序連接。開關(guān)元件Ql可由例如MOSFET的半導(dǎo)體元件構(gòu)成，或者可由例如IGBT等的晶體管構(gòu)成。電容器Cl可由例如多層陶瓷電容器構(gòu)成。開關(guān)元件Ql的源極在連接點(diǎn)P7上連接到驅(qū)動(dòng)端子25，驅(qū)動(dòng)端子25連接到電氣負(fù)載40的上游側(cè)。開關(guān)元件Ql的漏極在連接點(diǎn)P6上連接到電源端子21，電源端子21連接到電源(+B)。串聯(lián)連接到電氣負(fù)載40的電容器Cl串聯(lián)插入環(huán)路Bl的電流路徑。具體而言，電容器Cl串聯(lián)插入流經(jīng)環(huán)路Bl的電流的環(huán)形電流路徑。電容器Cl的一端在連接點(diǎn)P6上連接到電源端子21和開關(guān)元件Ql的漏極。電容器Cl的另一端在連接點(diǎn)P9上連接到地。由于電容器Cl和電氣負(fù)載40的串聯(lián)連接構(gòu)成LC電路，且電容器Cl串聯(lián)插入環(huán)路Bl的電流路徑，可以將多層陶瓷電容器用作電容器Cl，多層陶瓷電容器相比于電解電容器較小，且具有較小的電容。因此，可以產(chǎn)生足夠的噪音減小效果。相反，除了包含電感部件的電氣負(fù)載40以外，環(huán)路B2包含二極管D2。在環(huán)路B2 中，電氣負(fù)載40、接地端子M、連接點(diǎn)P9、二極管D2、連接點(diǎn)P7、驅(qū)動(dòng)端子25以這樣的順序連接。二極管D2的陰極在連接點(diǎn)P7上連接到驅(qū)動(dòng)端子25和開關(guān)元件Ql的源極。二極管D2的陽(yáng)極在連接點(diǎn)P9上連接到驅(qū)動(dòng)端子對(duì)，驅(qū)動(dòng)端子M連接到電氣負(fù)載40的下游側(cè)。 二極管D2并聯(lián)連接到電氣負(fù)載40。電容器Cl的主要功能是降低負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備2的噪音。優(yōu)選為，將具有較大劣化電阻的陶瓷型電容器用作電容器Cl。另外，通過使用陶瓷型電容器，可以減小負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備2 的尺寸。開關(guān)元件Ql受到控制，以便交替地開通/關(guān)斷。開通/關(guān)斷的周期和開通/關(guān)斷的占空比可被設(shè)置為任意值。根據(jù)圖4所示的示例性實(shí)施例，在開關(guān)元件Ql開通時(shí)，以箭頭Il的方向，電流Il 流經(jīng)環(huán)路Bi。在開關(guān)元件Ql關(guān)斷時(shí)，以圖4所示箭頭12的方向，電流12流經(jīng)環(huán)路B2。通過這種方式，通過適當(dāng)?shù)乜刂崎_關(guān)元件Ql的占空比，可以控制流經(jīng)電氣負(fù)載40的電流。如上面參照?qǐng)D1、2所介紹的，如果圖3所示的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1或圖4所示的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備2以平面構(gòu)造布置，可能在開關(guān)元件Ql高頻開通/關(guān)斷時(shí)發(fā)生穿過環(huán)路Al的磁場(chǎng)(Bi)和穿過環(huán)路A2的磁場(chǎng)(B2)的高頻波動(dòng)所導(dǎo)致的高頻噪音問題。
根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，通過適當(dāng)?shù)夭贾秘?fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的電路構(gòu)造，可以有效地減小由于環(huán)路Al和A2中發(fā)生的磁場(chǎng)波動(dòng)導(dǎo)致的噪音。下面，將介紹負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的詳細(xì)電路構(gòu)造。由于負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備2的詳細(xì)電路構(gòu)造類似于負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的電路構(gòu)造，省略對(duì)負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備2的電路構(gòu)造的詳細(xì)介紹。圖5示出了根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的電路構(gòu)造。下面，穿過印刷電路板的一個(gè)表面上的環(huán)路Al的電流路徑的磁通被稱為磁通Φ 1，穿過印刷電路板的另一個(gè)表面上的環(huán)路Α2的電流路徑的磁通被稱為磁通Φ2。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的電路構(gòu)造被布置為使得磁通Φ 1和磁通Φ2指向同樣的方向。換句話說，如圖5所示，包含印刷電路板的表面上的環(huán)路Al的電流路徑的平面和包含印刷電路板的表面上的環(huán)路Α2的電流路徑的平面在兩個(gè)表面的法線方向上彼此堆疊。除此以外，堆疊環(huán)路的環(huán)形電流路徑具有相同的方向。印刷電路板一個(gè)表面上的環(huán)路Al的電流路徑和印刷電路板另一個(gè)表面上的環(huán)路Α2的電流路徑被布置為以這樣的方式彼此堆疊沿著圖3所示的線Χ1-Χ2彎曲電流路徑。負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備2的電路構(gòu)造類似于負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的電路構(gòu)造。如圖5所示，電容器Cl連接在連接到電源端子21的連接點(diǎn)Pl和連接到接地端子 24的連接點(diǎn)Ρ4之間。電容器Cl用作用于在負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的環(huán)路中產(chǎn)生的噪音的旁路電路。電容器Cl抑制在正常運(yùn)行中噪音經(jīng)由連接到電源端子21和接地端子M的線束泄漏到負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1之外。負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1包含并列部分，其中，第一電流路徑和第二電流路徑并列布置。第一電流路徑位于開關(guān)元件Ql的上游側(cè)，電流在開關(guān)元件Ql開通時(shí)流過其中。第二電流路徑位于開關(guān)元件Ql的下游側(cè)，電流在開關(guān)元件Ql開通時(shí)流過其中。并聯(lián)部分包含反向電流流動(dòng)部分。在反向電流流動(dòng)部分中，流經(jīng)第一電流路徑的電流的方向與流經(jīng)第二電流路徑的電流的方向相反。因此，通過布置反向電流流動(dòng)部分，可以抑制在反向電流流動(dòng)部分附近產(chǎn)生的噪音。例如，如圖3、5所示，第一電流路徑與電源的正電極(+B)和驅(qū)動(dòng)端子22之間的電流路徑對(duì)應(yīng)。第一電流路徑還包含電源的正電極和電源端子21之間的線束。第二電流路徑對(duì)應(yīng)于開關(guān)元件Ql的下游側(cè)端子和地之間的電流路徑。第二電流路徑還包含接地端子 M和地之間的線束。在圖4中，例如，第一電流路徑對(duì)應(yīng)于電源的正電極(+B)和開關(guān)元件 Ql的上游側(cè)之間的電流路徑。第一電流路徑還包含電源的正電極和電源端子21之間的線束。第二電流路徑對(duì)應(yīng)于開關(guān)元件Ql的下游側(cè)和地之間的電流路徑。第二電流路徑還包含驅(qū)動(dòng)端子25和地(或電氣負(fù)載40)之間的線束。如圖5所示，在開關(guān)元件開通時(shí)，從電源的正電極流到負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的電流的方向與從負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1流到地的電流的方向相反。通過使得電流以彼此相反的方向流經(jīng)并聯(lián)部分，磁場(chǎng)Mb和Me在圖5所示箭頭方向上在電流路徑周圍產(chǎn)生。因此，從并聯(lián)部分的相應(yīng)電流路徑產(chǎn)生的噪音(主要為通過開關(guān)元件的開關(guān)產(chǎn)生的開關(guān)噪音)通過噪音的彼此抵消而減小。如圖5所示，在反向電流流動(dòng)部分的右側(cè)區(qū)域中，磁場(chǎng)Mb的方向和磁場(chǎng)Mg的方向彼此相反，即向上和向下?？梢詼p小圖5所示反向電流流動(dòng)部分的右側(cè)區(qū)域中的磁場(chǎng)強(qiáng)度。 同樣適用于圖5所示反向電流流動(dòng)部分的左側(cè)區(qū)域。因此，可以減小反向電流流動(dòng)部分周圍的整個(gè)區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度。因此，可以在用于傳送預(yù)定信號(hào)的信號(hào)線被布置在反向電流流動(dòng)部分周圍的區(qū)域中的情況下產(chǎn)生噪音降低效果。例如，可以向與連接到電源端子21的線束和連接到接地端子M的線束(接地線束)聯(lián)結(jié)在一起的信號(hào)線提供噪音降低效果。這里，通過并聯(lián)地布置兩個(gè)鄰近的形成圖案的線，反向電流流動(dòng)部分可在負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備外部形成，或者可在負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1內(nèi)部形成。電容器Cl控制以預(yù)定的開關(guān)頻率fl流經(jīng)電氣負(fù)載40的電流，即電容器保持以 PWM方式對(duì)電氣負(fù)載40進(jìn)行控制的電流的PWM波形，以便產(chǎn)生將被抵消的以頻率f2流經(jīng)兩個(gè)環(huán)路的電流。因此，電容器Cl的電容C必須被設(shè)置在滿足下面的條件表達(dá)式(1)的值。 關(guān)系表達(dá)式( 通過求解條件表達(dá)式(1)而獲得。


由于大部分開關(guān)噪音在較高頻率下成為問題，< f2，即f << f22成立。可以使得電流以噪音頻率f2流經(jīng)環(huán)路，同時(shí)，通過選擇滿足關(guān)系表達(dá)式O)的第一項(xiàng)的電容C， 保持電流的PWM波形。因此，可以設(shè)計(jì)減小噪音的電路。圖6示出了波形圖，其表示包含圖5所示電路構(gòu)造的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1中的磁通的減小的波動(dòng)效果。如上面所介紹的，在開關(guān)元件Ql以預(yù)定的占空比被驅(qū)動(dòng)時(shí)，保持圖6(A)、(6B)所示波形的電流流經(jīng)環(huán)路A1、A2。于是，連接點(diǎn)P3上的電壓波動(dòng)，并具有圖6(F)所示的波形。 于是，分別穿過環(huán)路A1、A2的磁通Φ1、Φ2被生成，并具有圖6(C)、6⑶所示的波形。磁通 ΦΙ、Φ2由流經(jīng)環(huán)路A1、A2的電流導(dǎo)致。由于開關(guān)元件Ql以較高頻率受到驅(qū)動(dòng)，磁通Φ1、 Φ2在短時(shí)間內(nèi)波動(dòng)劇烈。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，磁通Φ 1和磁通Φ 2具有相反的相位。因此， 如圖6(E)所示，磁通Φ 1和磁通Φ 2的復(fù)合波形不包含陡峭的波動(dòng)。獲得具有小尺寸的時(shí)間變化的磁通。根據(jù)包含圖5所示電路構(gòu)造的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1，可以減小磁通Φ 1和磁通 Φ 2導(dǎo)致的噪音。圖7Α示出了包含傳統(tǒng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電路單元Ul。圖7Β示出了包含根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的電路單元U2。在圖7Α和7Β中，表面A示出了印刷電路板的上表面，表面B示出了印刷電路板的下表面。在圖7Α中，與圖1所示元件對(duì)應(yīng)的元件用同樣的參考標(biāo)號(hào)表示。在圖7Β中，與圖3所示元件對(duì)應(yīng)的元件用同樣的參考標(biāo)號(hào)表示。在圖7Α、 7Β中，參考標(biāo)號(hào)71——76示出了在上表面和下表面上形成的平面電流路徑。電流路徑構(gòu)成形成圖案的線。如圖7Α所示，電流路徑71對(duì)應(yīng)于圖1所示的環(huán)路All的一部分，構(gòu)成連接開關(guān)元件Q的下游側(cè)和電容器C的一側(cè)端子的形成圖案的接地線。電流路徑72對(duì)應(yīng)于圖1所示的環(huán)路A12的一部分，并構(gòu)成連接二極管D的陽(yáng)極和電氣負(fù)載40的上游側(cè)的形成圖案的線。電流路徑73對(duì)應(yīng)于連接點(diǎn)P12和端子T3之間的形成圖案的線，其在環(huán)路All與環(huán)路 A12之間共用。電流路徑73經(jīng)由通孔H在印刷電路板的上表面和下表面上形成。在圖7B中，電流路徑74對(duì)應(yīng)于圖3所示的環(huán)路Al的一部分，并構(gòu)成連接開關(guān)元件Ql的上游側(cè)和電容器Cl的一側(cè)端子的形成圖案的接地線。電流路徑75對(duì)應(yīng)于圖3所示的環(huán)路A2的一部分，并構(gòu)成連接二極管D2的陽(yáng)極和電氣負(fù)載40的上游側(cè)的形成圖案的線。電流路徑75經(jīng)由通孔Hl在印刷電路板的上表面和下表面上形成。電流路徑76對(duì)應(yīng)于連接點(diǎn)P3和端子23之間的形成圖案的線，其在環(huán)路Al和環(huán)路A2之間共用。電流路徑 76經(jīng)由通孔H2在印刷電路板的上表面和下表面上形成。在圖7A所示的電路Ul中，電流交替流過形成圖案的線71和形成圖案的線72。流經(jīng)形成圖案的線71的電流形成的磁通Φ 1的方向和流經(jīng)形成圖案的線72的電流形成的磁通Φ2的方向相反。相反，在圖7Β所示的電路U2中，電流交替流經(jīng)形成圖案的線74和形成圖案的線75。流經(jīng)形成圖案的線74的電流形成的磁通Φ 1的方向與流經(jīng)形成圖案的線 75的電流形成的磁通Φ2的方向相同。圖8示出了在圖7Α、7Β所示電路單元U1、U2中檢測(cè)到的噪音等級(jí)。圖8所示的噪音等級(jí)在開關(guān)元件Q、Ql以20kHz開通和關(guān)斷的條件下獲得。橫軸上的一個(gè)刻度對(duì)應(yīng)于 200kHz，縱軸上的一個(gè)刻度對(duì)應(yīng)于10dB。如圖8所示，根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的電路單元U2的噪音水平相比于傳統(tǒng)的電路單元Ul減小，特別在AM范圍內(nèi)。在電路單元U2中，磁通Φ 1的方向和磁通Φ 2的方向彼此相同，電路單元U2的形成圖案的線74和形成圖案的線75在表面A和表面B上接近地形成。更加容易在電路單元 U2中形成磁通Φ1和Φ2的復(fù)合磁通。因此，可以減小磁通產(chǎn)生的噪音。沒有必要在與環(huán)路Α2的整個(gè)電流路徑的表面相反的表面上形成環(huán)路Al的整個(gè)電流路徑。包含在環(huán)路Al中的電流路徑的一部分或包含在環(huán)路Α2中的電流路徑的一部分可在印刷電路板的另一表面或另一層上形成。另外，環(huán)路Al的一部分(特別是形成圖案的線)或環(huán)路Α2的一部分(特別是形成圖案的線)可在印刷電路板的另一表面或另一層上形成。例如，如圖7Β所示，環(huán)路Α2的一部分可在形成環(huán)路Al的同一表面上形成。相反，環(huán)路Al的部分可在形成環(huán)路Α2的同一表面上形成。印刷電路板不限于特定的印刷電路板。包含在環(huán)路Al和Α2中的形成圖案的線可在多層印刷電路板的任意層上形成。圖 9示出了四層印刷電路板的示例性構(gòu)造的截面。鄰近的四層通過絕緣層82彼此絕緣。例如，環(huán)路Al的形成圖案的線可在第二層81b上形成，環(huán)路Α2的形成圖案的線可在第三層 81c上形成。在另一示例性實(shí)施例中，環(huán)路Al的形成圖案的線可在第一層81a上形成，環(huán)路 A2的形成圖案的線可在第三層81c上形成。盡管多層的數(shù)量不限于四，通過在鄰近層上形成環(huán)路Al和A2，可以獲得更大的噪音降低效果。圖10示出了負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的另一示例性電路構(gòu)造。在圖10所示的示例性電路構(gòu)造中，柔性的基板80——其上形成了形成圖案的線 74和形成圖案的線75——被彎曲，使得形成圖案的線74和形成圖案的線75被布置為彼此堆疊。這里，形成圖案的線74構(gòu)成環(huán)路Al，形成圖案的線75構(gòu)成環(huán)路A2。因此，環(huán)路Al 和環(huán)路A2被布置為彼此堆疊。環(huán)路Al和環(huán)路A2被布置為使得由環(huán)路Al產(chǎn)生的磁通的方向與由環(huán)路A2形成的磁通的方向?qū)?yīng)。絕緣層82在環(huán)路A1、A2以及柔性基板80上形成。 因此，環(huán)路Al、A2 (特別地，電源端子和接地端子)彼此絕緣。圖11示出了負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1的另一示例性電路構(gòu)造。如圖11所示，環(huán)路Al的形成圖案的線74和環(huán)路A2的形成圖案的線75在不同的基板8 和84b上形成，基板8 和 84b彼此堆疊。環(huán)路Al和環(huán)路A2被布置為使得由環(huán)路Al產(chǎn)生的磁通的方向與由環(huán)路A2 產(chǎn)生的磁通的方向?qū)?yīng)。絕緣層8 在形成圖案的線74和基板8 上形成。絕緣層82b在形成圖案的線75和基板84b上形成。因此，形成圖案的線74和形成圖案的線75彼此絕緣。在這種情況下，形成圖案的線76——其在環(huán)路Al和環(huán)路A2之間共用——在基板84a 或基板84b上形成?；?4a、84b可由印刷電路板、柔性基板或陶瓷基板構(gòu)成。在圖11所示的示例性電路構(gòu)造中，形成圖案的線74以及絕緣層8 在其上形成的基板8 和形成圖案的線74以及絕緣層8 在其上形成的基板84b直接堆疊?；?4a 和基板84b可間接堆疊，S卩，基板84a、一個(gè)或多于一個(gè)的其他層和基板84b可以以這樣的順序堆疊。另外，一個(gè)或多于一個(gè)的其他層可堆疊在基板8 上?；? 和基板84b可堆疊在一個(gè)或多于一個(gè)的其他層上。通過在堆疊在基板8 上或堆疊在基板84b下的其他層的整個(gè)表面上形成例如銅的導(dǎo)電材料，可以改進(jìn)噪音阻抗(noise resistance) 0根據(jù)上面的實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1包含這樣的環(huán)路其在開關(guān)元件被開通/關(guān)斷時(shí)減小由之產(chǎn)生的磁通的波動(dòng)。因此，可以減小切換開關(guān)元件所產(chǎn)生的射頻噪音。根據(jù)上面的實(shí)施例，兩個(gè)環(huán)路共用電氣負(fù)載的同一電感部件。根據(jù)本發(fā)明，按照上面介紹的實(shí)施例，通過改進(jìn)開關(guān)設(shè)備的電路構(gòu)造，可以減小高
頻噪音。盡管根據(jù)上面的實(shí)施例的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1驅(qū)動(dòng)包含電感部件的電氣負(fù)載，負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1可驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，例如包含電刷的電動(dòng)機(jī)、無刷電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、三相電動(dòng)機(jī)、線性電動(dòng)機(jī)。另外，負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1可驅(qū)動(dòng)線性螺線管和電磁閥。在負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1與例如 ECU (電子控制單元)的控制單元以及致動(dòng)器集成的情況下，獲得較大的噪音降低效果。在這種情況下，ECU和致動(dòng)器的集成導(dǎo)致的噪音阻抗降低得到抑制。負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1可廣泛地應(yīng)用于控制流經(jīng)包含電感部件的電氣負(fù)載的電流的電子設(shè)備。上面介紹的電子設(shè)備可包含用于控制散熱器冷卻風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)的ECU、用于燃料控制的ECU、用于控制電動(dòng)轉(zhuǎn)向用電動(dòng)機(jī)的ECU、用于控制電氣座椅的ECU、用于控制電氣窗戶的ECU、用于控制前燈亮度的ECU、用于控制觸覺設(shè)備的電動(dòng)機(jī)的ECU、用于控制側(cè)門的電動(dòng)機(jī)的ECU、用于控制空調(diào)的ECU、用于控制雨刷的電動(dòng)機(jī)的ECU、用于控制鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的 ECU、用于控制包含在變速器中的電動(dòng)機(jī)的ECU。在負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1應(yīng)用于如上所述的多個(gè)電子設(shè)備的情況下，可以獲得車輛中的更大的噪音減小效果。由于可在不增加元件或部件的情況下獲得噪音減小效果，可以避免重量增加。因此，可以提供容易應(yīng)用到安裝在車輛上的電子設(shè)備的負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1。盡管優(yōu)選為環(huán)路Al、A2具有同樣的穿過磁通的面積，環(huán)路Al和A2可具有不同的面積，特別是在由于設(shè)計(jì)限制而難以獲得同樣面積的情況下。類似地，從平面角度看來，優(yōu)選為環(huán)路Al、A2具有較大的重疊面積，環(huán)路Al和A2可在小部分上具有重疊的面積。包含在環(huán)路Al和/或A2中的形成圖案的線可在拐彎部分上具有圓角部分，以便減小由拐彎部分產(chǎn)生的噪音。另外，環(huán)路Al和/或A2的電流路徑的至少部分可通過同軸電纜的電纜芯來形成。 在這種情況下，可以抑制來自電纜路徑的磁通。在上游側(cè)部分和下游側(cè)部分的電流路徑均被布置為接近于印刷電路板的邊緣部分的情況下，印刷電路板的邊緣部分可以以兩次涂敷或通過浸漬來涂敷的方式覆蓋絕緣材料。從平面的角度看來，上游側(cè)部分和下游側(cè)部分的電流路徑可均布置在印刷電路板的中心部分，以便延長(zhǎng)上游側(cè)部分和下游側(cè)部分之間的距離。類似地，從平面的角度看來，上游側(cè)部分和下游側(cè)部分的電流路徑均布置為離開通孔，以便延長(zhǎng)上游側(cè)部分和下游側(cè)部分之間的距離。包含在圖3所示負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備1中的二極管D2可用圖12所示的開關(guān)元件Q2替代。包含在圖4所示負(fù)載驅(qū)動(dòng)設(shè)備2中的二極管D2可用圖13所示的開關(guān)元件Q2代替。在這些情況下，開關(guān)元件Ql和開關(guān)元件Q2以相反的方式交替開通和關(guān)斷。開關(guān)元件Q2被用作整流器元件。開關(guān)元件Ql、Q2的控制條件——例如有或沒有死區(qū)時(shí)間，死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)度等等——任意定義。本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可作出變型和修改。本發(fā)明基于2009年7月17日在日本特許廳提交的日本優(yōu)先申請(qǐng) No. 2009-169383，其全部?jī)?nèi)容并入此處作為參考。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)設(shè)備，包含第一環(huán)路，其被配置為包含開關(guān)元件、電感部件和電容器；以及第二環(huán)路，其被配置為與所述第一環(huán)路共用所述電感部件，其中，所述電容器與所述電感部件串聯(lián)插入所述第一環(huán)路，其中，通過開通/關(guān)斷所述開關(guān)元件，所述開關(guān)設(shè)備以交替的方式控制流經(jīng)所述第一環(huán)路和所述第二環(huán)路的相應(yīng)的電流，以便控制流經(jīng)所述電感部件的電流，且其中，由在所述開關(guān)元件被開通時(shí)流經(jīng)所述第一環(huán)路的電流產(chǎn)生的第一磁通與由在所述開關(guān)元件被關(guān)斷時(shí)流經(jīng)所述第二環(huán)路的電流產(chǎn)生的第二磁通指向同樣的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)設(shè)備，其中，所述第一環(huán)路和所述第二環(huán)路在兩個(gè)環(huán)路的法線方向上彼此堆疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)設(shè)備，其中，所述第一環(huán)路和所述第二環(huán)路分別在基板的不同層上形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的開關(guān)設(shè)備，其中，所述第一環(huán)路在所述基板的上表面上形成，所述第二環(huán)路在所述基板的下表面上形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的開關(guān)設(shè)備，其中，所述基板被配置為多層基板，且其中，所述第一環(huán)路和所述第二環(huán)路中的一個(gè)在所述多層基板的中間層中形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的開關(guān)設(shè)備，其中，所述基板被配置為柔性基板，且其中，所述柔性基板被彎曲，使得所述第一環(huán)路和所述第二環(huán)路在兩個(gè)環(huán)路的法線方向上彼此堆疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)設(shè)備，其中，所述電容器的一端連接到被配置為所述開關(guān)元件的上游側(cè)線的第一電源線，所述電容器的另一端連接到被配置為所述開關(guān)元件的下游側(cè)線的第二電源線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的開關(guān)設(shè)備，還包含第一電流路徑，其被配置為連接到所述開關(guān)元件的上游側(cè)，并被配置為使得電流在所述開關(guān)元件被開通時(shí)流經(jīng)所述第一電流路徑，以及第二電流路徑，其被配置為連接到所述開關(guān)元件的下游側(cè)并被布置為與所述第一電流路徑并聯(lián)，且被配置為使得電流在所述開關(guān)元件被開通時(shí)流經(jīng)所述第二電流路徑，其中，流經(jīng)所述第一電流路徑的電流的方向與流經(jīng)所述第二電流路徑的電流的方向相反。
全文摘要
公開了一種開關(guān)設(shè)備，其包含第一環(huán)路，被配置為包含開關(guān)元件、電感部件、電容器；第二環(huán)路，被配置為與第一環(huán)路共用電感部件，其中，電容器與電感部件串聯(lián)插入在第一環(huán)路中，其中，通過開通/關(guān)斷開關(guān)元件，開關(guān)設(shè)備以交替的方式控制流經(jīng)第一環(huán)路和第二環(huán)路的相應(yīng)的電流，以便控制流經(jīng)電感部件的電流，且其中，當(dāng)開關(guān)元件被開通時(shí)流經(jīng)第一環(huán)路的電流產(chǎn)生的第一磁通和當(dāng)開關(guān)元件被關(guān)斷時(shí)流經(jīng)第二環(huán)路的電流產(chǎn)生的第二磁通指向同樣的方向。
文檔編號(hào)H03K17/00GK102474245SQ20108003207
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者今井孝志, 內(nèi)藤隆之, 山本茂樹, 山野上耕一, 水谷浩市 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 偉世通環(huán)球技術(shù)有限公司