JPH0433362A - 混成集積回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は電力アクティブ・フィルタを絶縁金属基板上に
実装する混成集積回路装置に関し、詳細には、スイッチ
ングノイズに原因するその内部小信号回路の誤動作が防
止され、スイッチング動作に原因する絶縁金属基板から
外部への漏れ電流が抑制される混成集積回路装置に関す
る。

（０）従来の技術 近年、整流電源のノイズ対策の点からアクティブ・フィ
ルタが注目されている。−船釣なアクティブ・フィルタ
を第６図を参照して説明する。

アクティブ・フィルタはダイオードＤ、〜Ｄ４からなる
ブリッジ整流回路、このブリッジ整流回路の交流入力端
子と電圧Ｖ　ＩＩ　ｅで示される商用交流電源間に接続
されるリアクタし、ブリッジ整流回路の対の直流出力端
子間に並列接続されるトランジスタＱ、ブリッジ整流回
路の直流出力を平滑するコンデンサＣ１、ブリッジ整流
回路の直流出力端子と平滑コンデンサｃｄ間に接続され
るダンパダイオードＤ、から回路構成される。なお、ト
ランジスタＱの動作を制御するための通常、１５ＫＨ２
以上の周波数の制御パルスφを８カする制御回路は省略
されている。

次に、このアクティブ　フィルタの動作を説明する。

商用交流のリアクタＬ側が正となる半周期においては、
トランジスタＱがハイレベルの制御パルスφによりオン
する間、リアクタし一ダイオードＤ１−トランジスタＱ
−ダイオードＤ４により閉回路を形成してリアクタＬに
電流が流れ、また商用交流のリアクタし側が負となる半
周期においては、トランジスタＱがオンする間、ダイオ
ードＤ２トランジスタＱ−ダイオードＤ３−リアクタし
により閉回路を形成し同様にリアクタしに電流が流れる
。そして、制御パルスφがローレベルになりトランジス
タＱがオフすると、先の２つの閉回路が開路されてリア
クタＬに逆起電力が発生する。この逆起電力は商用交流
と同位相であるため、トランジスタＱがオフする間にお
いて、リアクタＬの逆起電力と商用交流の電圧が加算さ
れた電圧がブリッジ整流回路に入力され、この整流出力
がダンパ　ダイオードＤ５を順バイアスして平滑コンデ
ンサＣ６に充電される。

従来では、このアクティブ　フィルタをディスクリート
部品により構成していたが、各ディスクリート部品間の
配線が長くなり、その配線のインダクタンス成分により
新たなスイッチングノイズを誘導していた。このため、
大きなシールド構造内にアクティブ・フィルタを収容す
る必要が生じ、電源装置の縮小の要求に充分に応えるこ
とができなかった。

そこで、本件発明者はこのアクティブ　フィルタを絶縁
金属基板上に実装した混成集積回路装置を特願昭６３−
２５８０号で従業した０次に第７図を参照してこの混成
集積回路装置を説明する。

即ち、アルミニウム等の金属基板（４０）の両表面を陽
極酸化して形成した絶縁酸化膜（４２）で被覆し、この
一方の絶縁酸化膜（４２）上にエボ牛シ等の絶縁樹脂層
（４６）を介して銅箔の回路パターン（４８）が形成さ
れる。そして、この回路パターン（４８）上にダイオー
ドＤ１〜Ｄ、およびＤ５、トランジスタＱ、さらには制
御回路を構成する回路部品をチップ形状で表面実装して
、極めて小型のアクティブ・フィルタが実現されている
。なお、第７図から明らかなように、回路パターン（４
８）のうち、グランド　パターンは絶縁酸化膜（４２）
および絶縁樹脂層（４６）による浮遊容量を除去する目
的で、絶縁酸化膜（４２）下の金属基板とボンディング
ワイア（５４）で接続されている。

斯る混成集積回路装置を電子機器へ組み込む場合、金属
基板（４０）の裏面の絶縁酸化膜（４２）をシャーシに
当接させて放熱性のよい構造で実装されるのが普通であ
る。従って、この構造では金属基板（４０）と電子機器
のシャーシ間で少なくとも絶縁酸化膜（４２）を誘電体
とする浮遊容量Ｃ，（第８図参照）が金属基板（４０）
の全面にわｔζり生ずる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の混成集積回路装置はそのアクティ
ブ・フィルタのトランジスタＱのエミッタ電位が高周波
で大きく変動し、これが絶縁金属基板を介して電子機器
のシャーシにノイズとして流出するという絶縁金属基板
を用いｔこことによる特有の問題を有する。

この問題点の原因を第８図（Ａ）（Ｂ）を参照して説明
する。

第８図（Ａ）は商用交流のリアクタし側が正となる半周
期での混成集積回路装置の等価回路を示している。正の
半周期においては、リアクタＬ−ダイオードＤ、−トラ
ンジスタＱ−ダイオ−）　Ｄ　４により閉回路が形成さ
れ、リアクタＬがトランジスタＱのコレクタ負荷となる
位置にある。

これに対し、第８図（Ｂ）は商用交流のリアクタし側が
負となる半周期での混成集積回路装置の等価回路を示し
ている。負の半周期においては、ダイオードＤ２−トラ
ンジスタＱ−ダイオードＤ３−リアクタＬにより閉回路
が形成され、リアクタＬがトランジスタＱのエミッタ負
荷となる。

これから明らかなように、正の半周期（第８図（Ａ））
では、トランジスタＱのコレクタ電位が平滑コンデンサ
Ｃ４の充電電圧とグランド電位間を制御）＜ルスφの周
波数でスイッチングするように変化する。なお、エミッ
タ電位はグランド電位を維持する。しかし、負の半周期
（第８図（Ｂ））では、リアクタＬがトランジスタＱの
エミッタ負荷となるため、エミッタ電位は平滑コンデン
サＣ４の充電電圧とグランド電位間を制御パルスφの周
波数でスイッチングするように変化する。

混成集積回路装置のグランド・パターンとアルミニウム
基板（４０）とはボンディングワイア（５４）で接続さ
れているので、前記負の半周期においては、アルミニウ
ム基板（４０）の電位が平滑コンデンサＣ４の充電電圧
とグランド電位間を制御パルスφの周波数でスイッチン
グするように変化する。

これがアルミニウム基板（４０）と電子機器のシャーシ
間に形成される浮遊容量Ｃ２を介して電子機器のシャー
シにスイッチング・ノイズとして流出する。

また、上記の混成集積回路装置はその主回路が発生する
スイッチングノイズが静電結合、誘導結合する回路パタ
ーンを介してトランジスタＱを制御するための制御回路
等の小信号回路に混入し、その動作を障害するおそれが
あった。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は斯る問題点に鑑みてなされ、整流回路の出力端
とスイッチング素子間にリアクタを接続した回路構成の
アクティブ・フィルタを、その大電流が流れる回路素子
と小信号回路素子とを回路基板の略中央でグランド　パ
ターンにより分割配置されるように、絶縁金属基板上に
実装することにより、従来の問題点を太幅に改善した混
成集積回路装置を実現するものである。

（ホ）作用 整流回路の直流出力端にリアクタを接続し、リアクタの
他端をスイッチング素子によって断続的に接地する回路
構成のアクティブ・フィルタを混成集積回路装置化した
ため、商用交流の如何なる位相においても、リアクタが
トランジスタのコレクタ負荷として働き、グランド・パ
ターンヘノ高周波スイッチング電圧の印加がなくなる。

従って、グランド・パターンと接続された金属基板にも
高周波スイッチング電圧の印加がなくなって、この混成
集積回路装置の実装構造に原因する浮遊容量を介しての
スイッチングノイズの外部流出ヲ防止できる。

また、大電流が流れる回路素子と小信号回路素子とが回
路基板の略中央でグランド・パターンにより分割配置さ
れるため、大電流スイッチング動作に原因するノイズが
、グランド−パターンにより遮蔽されて小信号回路の誤
動作が防止される。

（へ）実施例 第１図に本発明に採用する特徴的なアクティブフィルタ
の回路構成を示す９ このアクティブ・フィルタは、同図に示されるように、
ダイオードＤ１〜Ｄ４からなるブリッジ整流回路、本発
明の特徴であるブリッジ整流回路の正の直流出力端に一
端が接続されるリアクタし、このリアクタＬの他端とグ
ランド間にコレクタ、エミッタがそれぞれ接続されるト
ランジスタＱ、、このトランジスタＱ。のコレクタにア
ノードが接続されるダンパーダイオードＤ５、このダン
パ・ダイオードＤ５のカンードとグランド間に接続され
る平滑コンデンサＣ６およびトランジスタＱｏのベース
に制御パルスφを供給する制御回路ＣＯＭから構成され
る。

制御回路ＣＱＭの主回路はマイクロコンピュタにより構
成されて、１５ＫＨ２以上の周波数の制御パルスφを出
力している。また、図示されていないが、この制御回路
ＣＯＭは負荷電流の大きさを検知して制御パルスφの周
波数により、あるいはデユーティによりフィードバック
制御を行い、さらには基板温度およびトランジスタＱ。

のエミッタ電流を計測してアクティブ　フィルタが熱的
に暴走しないような制御も行う。なお、本実施例の制御
回路ＣＯＭにはマイクロコンピュータが使用されたが、
その他として、コンパレータ、オペアンプ等の周知の回
路構成によっても所定の制御を行うことができる。

トランジスタＱ、は図示のバイポーラ構造のトランジス
タに限定されるものではなく、パワーＭＯ３トランジス
タ、ＳＩＴ、ＩＧＢＴ等、高速動作が可能な他の素子に
変更することができる。また、整流回路も図示のブリッ
ジ整流回路に限定されるしのではなく、周知のあらゆる
方式の整流回路を使用することができる。

次に、第２図を参照して上記構成されるアクティブ・フ
ィルタの動作を説明する。

商用交流のダイオ−ＦＤ、とＤ２の接続点電位が正とな
る半周期では、制御回路ＣＯＭから出力される１　５　
Ｋ　Ｈｚ以上の周波数の制御パルスφがハイレベルのと
きトランジスタＱ。がオンし、ダイオードＤ、−リアク
タＬ−トランジスタＱ。−ダイオードＤ４の閉回路が形
成されてリアクタしに電流ｉＬが流れる。そして、制御
パルスφがローレベルのときトランジスタＱ。がオフし
て先の閉回路が開路されると、リアクタしはそれ以前の
電気的状態を持続させようとして逆起電力を発生する。

このリアクタＬの逆起電力とブリッジ整流回路出力とが
加算された電圧はコンデンサ入力型の整流回路に比較し
て長い期間において平滑コンデンサＣ４の充電電圧を上
回り、ダンパ・ダイオードＤ５を介して平滑コンデンサ
Ｃ２を充電する。

また、商用交流のダイオードＤ、とＤ２の接続点電位が
負となる半周期では、制御パルスφがハイレベルのとき
トランジスタＱ。がオンし、ダイオードＤ３−リアクタ
し一トランジスタＱ０−ダイオードＤ２の閉回路が形成
されてリアクタしに電流ｌＬが流れる。そして、制御パ
ルスφがローレベルとなってトランジスタＱ。がオフし
、先の閉回路が開路されると、先と同様にリアクタしに
逆起電力を生じ、逆起電力とブリッジ整流回路出力とが
加算された電圧により平滑コンデンサＣ４が充電される
。

第３図（Ａ）（Ｂ）を参照してさらに詳細に説明する。

第３図（Ａ）は商用交流のダイオードＤ１とＤ２の接続
点電位が正となる半周期での混成集積回路装置の等価回
路を示している。この正の半周期においては、ダイオー
ドＤ、〜リアクタＬ−トランジスタＱ。−ダイオードＤ
イにより閉回路が形成され、リアクタＬがトランジスタ
Ｑ。のコレクタ負荷となる位置にある。

これに対して、第３図（Ｂ）は商用交流のダイオードＤ
、とＤ２の接続点電位が負となる半周期での混成集積回
路装置の等価回路を示している。負の半周期においては
、ダイオードＤ２−リアクタＬ−トランジスタＱ。−ダ
イオードＤ３により閉回路が形成され、リアクタＬは正
の半周期と同様にトランジスタＱ。のコレクタ負荷とな
っている。

従って、このアクティブ・フィルタの回路構成によれば
、商用交流の正の半周期でも、負の半周期でも常にリア
クタしはトランジスタＱ。のコレクタ側に押入されるの
で、トランジスタ。。のエミッタ電位は常にグランド電
位に安定する。

第４図を参照し、上記したアクティブ　フィルタを、リ
アクタしおよび平滑コンデンサＣ７を除いて、絶縁金属
基板に実装した実施例の具体構造を説明する。

斜線が施された回路パターンはグランド・パターンであ
り、回路基板はそのグランド−パタンの一部により、図
面の路上半分の空白部分に対応する小信号回路ブロック
と図面の下半分に対応する大電流回路ブロックに２分割
される０本実施例では小信号回路ブロックから大電流回
路ブロックに供給される制御パルスφの配線、あるいは
大電流回路ブロックから小信号回路ブロックへ供給され
るトランジスタＱ。のエミッタ電位の配線は前記グラン
ド　パターンの一部を迂回するように形成されているが
、これに限定されるものではなく、例えば、トランジス
タＱ。のエミッタ電位の配線は小信号ブロックの所定の
位置ヘボンディングワイアによって接続（ジャンピング
ワイア接続）してもよい。

さらに、このグランド・パターンは高周波、大電流が流
れるトランジスタＱ。のエミッタに最も近い位置でアル
ミニウム基板にボンディングワイアＷで接続されて、ア
ルミニウム基板電位をグランド・パターン電位と等電位
にしている。

大電流回路ブロックには、ブリッジ整流回路を構成する
ダイオードＤ、〜Ｄ４、ダンパ・ダイオードＤ６、トラ
ンジスタＱ。がヒートシンクを介して表面実装され、さ
らにトランジスタＱ。のエミッタ電流を制限し、またそ
の値を計測するためのエミッタ抵抗Ｒが形成される。こ
れら素子は先の小信号回路ブロックと大電流回路ブロッ
クを分割するグランド・パターン部に大電流が流れない
ようにそれぞれ配置される。これにより、このグランド
・パターン部の遮蔽効果が一層向上される。さらに、大
電流回路ブロックと外部回路を接続するための外部リー
ド端子は回路基板の、小信号回路ブロックの外部リード
端子が配置される周端辺と異なる周端辺に配置され、そ
れら外部リード端子を介する大電流回路ブロックから小
信号回路ブロックへのノイズ混入を防止している。

また、外部接続される平滑コンデンサＣ４とダンパ・ダ
イオードＤ５の距離はアクティブ・フィルタの性能に大
きく影響するため、ダンパ・ダイオードＤ、は第４図に
■“で示す端子に近接して配置される。また、同様な理
白によりこのＶ＋で示す端子とグランド端子ＧＮＤは隣
接配置される。

なお、第４図に示される混成集積回路装置の断面構造は
第７図と共通であるので説明は省略する。

斯上した本発明の混成集積回路装置は、放熱性を考慮し
て電子機器のシャーシに絶縁金属基板の裏面を当接させ
て取り付けられる。このために絶縁金属基板の金属基板
とシャーシ間には浮遊容量Ｃ２が第３図に示す如く介在
する構造となる。しかし、金属基板はグランド　）＜タ
ーン（第４図斜線部）とボンディング・ワイアＷで接続
されているのでグランド　パターンの電位と同じになる
。

本発明によれば、グランド　パターン、即ちトランジス
タＱ。のエミッタ電位は前述した如くグランド電位に安
定しているので、この浮遊容量Ｃ９を介して商用文流の
負の半周期でスイッチング・ノイズがシャーシに流出す
るおそれがなくなる。

第５図に実施例の変形例の回路図を示す。

先の実施例の制御回路ＣＯＭはインバータ回路を制御す
るための多相のパルスを出力する機能を備え、その多相
のパルスを混成集積回路装置から外部出力するものであ
る。斯る混成集積回路装置は比較的小規模に構成できる
利点を有する反面で、多相のパルスを外部出力するため
の多数の端子を必要とする欠点を有する。

これに対し、変形例はトランジスタＱ、〜Ｑ６から構成
される３相のインバータ回路をも単一の回路基板に実装
し、回路基板に形成された回路パターンを介して制御回
路ＣＯＭからトランジスタＱ１〜Ｑ６のベースに多相の
パルスが人力される。

これにより、端子数が削減されると共にアクティブ　フ
ィルタとインバータ回路間の配線へのノイズの混入の防
止が図られる。

（ト）発明の効果 以上述へたように本発明の混成集積回路装置によれば、 （１）アクティブ−フィルタのトランジスタのエミッタ
の電位が高周波においてグランド電位にあるため、混成
集積回路装置の金属基板から電子機器のシャーシへのス
イッチングノイズの流出のおそれがなく、極めて小型の
アクティブ−フィルタを実装した混成集積回路装置が実
現できる。

（２）大電流回路と制御回路がグランド・パターンで分
割されるため、大電流回路で発生するノイズから制御回
路が遮蔽される。

（３）混成集積回路装置化によりアクティブ　フィルタ
を構成する素子間配線が短くなるため、配線インダクタ
ンスに起因するノイズが抑制される９（４）回路基板と
して絶縁金属基板を使用するため、配線パターンと金属
製の基板間に比較的大きな浮遊容量が形成されて高調波
ノイズをその発生個所の直近で速やかに減衰させること
ができる。

（５）回路基板として絶縁金属基板を使用するため放熱
特性が良好であり、もってアクティブ・フィルタを小型
に構成することができる。

（６）回路基板として絶縁金属基板を使用するため、混
成集積回路装置から外部への不要輻射を抑制することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に採用するアクティブ・フィルタを説明
する回路図、第２図はアクティブ・フィルタの動作波形
図、第３図（Ａ）（Ｂ）は本発明のトランジスタのエミ
ッタ電位変化を説明する図であって、それぞれ商用交流
の各半周期の等価回路図、第４図は実施例の平面図、第
５図は変形例の回路図、第６図は従来例のアクティブ・
フィルタの回路図、第７図は回路基板の断面図、第８図
（Ａ）（Ｂ）は従来例のトランジスタのエミッタ電位変
化を説明する図であって、それぞれ商用交流の各半周期
の等価回路図である。 Ｌ・・−リアクタ、　　Ｄ１〜Ｄ５−ダイオード、ｃｄ
・・・平滑コンデンサ、　Ｑｏ・・・トランジスタ、Ｃ
ＯＭ・・制御回路。 畠願人三洋電機株式会社

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁金属基板の回路パターン上に、アクティブ・
   フィルタを構成する整流回路、スイッチング素子、スイ
   ッチング素子より充電電圧を取り出すダイオード、およ
   びスイッチング素子を制御する制御回路とを少なくとも
   実装し、整流回路の直流出力端子とスイッチング素子間
   にリアクタを接続し、前記ダイオードの出力側に充電用
   のコンデンサを接続し、さらに回路パターンのグランド
   ・パターンと金属基板とを接続する接続部を設けた混成
   集積回路装置であって、 前記整流回路、スイッチング素子、ダイオード等から構
   成される大電流回路と、前記制御回路等の小信号回路と
   が基板の略中央でグランド・パターンにより分割されて
   配置されることを特徴とする混成集積回路装置。
2. （２）前記絶縁金属基板はアルミニウム基板の表面を陽
   極酸化して形成した酸化膜で被覆されていることを特徴
   とする請求項１記載の混成集積回路装置。
3. （３）前記整流回路をブリッジ整流回路で構成したこと
   を特徴とする請求項１記載の混成集積回路装置。
4. （４）前記スイッチング素子をバイポーラトランジスタ
   、ＭＯＳトランジスタ、ＳＩＴ、あるいはＩＧＢＴで構
   成したことを特徴とする請求項１記載の混成集積回路装
   置。
5. （５）前記接続部がボンディングワイアで形成される請
   求項１記載の混成集積回路装置。