專利名稱：電壓轉換裝置和電氣負載驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電壓轉換裝置，其包含共用電感部件的第一環(huán)路和第二環(huán)路，本發(fā)明還涉及使用電壓轉換裝置的電氣負載驅動裝置。
背景技術：
已有的開關電源電路包含連接到變壓器原方線圈的原方電路以及連接到變壓器副方線圈的副方電路。在開關電源電路中，原方電路側的電極圖案(electrode pattern) 和副方電路側的電極圖案被布置為彼此朝向。通過這樣做，電極圖案之間的絕緣層用作用于電容器的介電物質，以便構成等效電容器。等效電容器構成用于抵御噪音的措施的電容器(例如參見日本特開 No. 2005-110452 (JP-A-2005-110452))。順便提及，例如，如圖1所示，不使用變壓器的非絕緣DC-DC轉換器包含第一環(huán)路和第二環(huán)路。第一環(huán)路和第二環(huán)路共用電感L，并分別具有電容器Cl與C2。為第一環(huán)路設置的開關元件Ql或為第二環(huán)路設置的開關元件Q2被開通或關斷以便實現(xiàn)電壓轉換。此時， 第一電容器和第二電容器具有對DC-DC轉換器的輸出電壓進行平滑并減小在DC-DC轉換器電路中產生的噪音的功能。圖1所示的這樣的電路構造通常以這樣的方式實現(xiàn)第一環(huán)路和第二環(huán)路在圖2所示不同平面或同一平面中被布置在印刷電路板上。然而，圖1和圖2所示的已有電路構造中，例如，當開關元件Ql被開通或關斷時， 電流交替流到第一環(huán)路和第二環(huán)路。因此，穿過第一環(huán)路的磁場和穿過第二環(huán)路的磁場交替產生。此時，流經第一環(huán)路和第二環(huán)路的相應的電流的方向如圖1的箭頭所示相反。因此，穿過第一環(huán)路的磁場的方向和穿過第二環(huán)路的磁場的方向相反。在上面的構造中，存在這樣的問題，當開關元件Ql高速(以短的時間段)開通或關斷時，具有相反方向的磁場以高速(以短的時間段)交替產生，因此，產生由于磁場波動引起的噪音。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種電壓轉換裝置，其有效地減小在第一環(huán)路和第二環(huán)路中形成的磁場的波動引起的噪音，本發(fā)明還提供了使用電壓轉換裝置的電氣負載驅動裝置。本發(fā)明第一實施形態(tài)提供了一種電壓轉換裝置。電壓轉換裝置包含第一環(huán)路，其包含第一開關元件；第二環(huán)路；其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路包含共用的電感元件，其中，當?shù)谝婚_關元件被開通或關斷時，電流交替地流經第一環(huán)路或第二環(huán)路，當?shù)谝婚_關元件開通時形成并穿過第一環(huán)路的磁場和當?shù)谝婚_關元件在第一開關元件開通后關斷時形成并穿過第二環(huán)路的磁場具有相同的方向，構成第一環(huán)路和第二環(huán)路的所有元件被布置在基材的相同表面上，第二環(huán)路被連接到第二直流電源，第一環(huán)路被連接到第一直流電源，第一直流電源具有不同于第二直流電源電壓的電壓。例如，第一環(huán)路可以經由貫穿基材的貫通孔在基材的相反側連接到第一直流電源(也就是說，不布置構成第一環(huán)路和第二環(huán)路的元件的一側)。例如，芯片跳接器(chip jumper)可用于將第一環(huán)路連接到同一表面?zhèn)壬系牡谝恢绷麟娫?也就是說，構成第一環(huán)路和第二環(huán)路的所有元件被布置的一側)。本發(fā)明第二實施形態(tài)提供了一種電壓轉換裝置。電壓轉換裝置包含第一環(huán)路，包含第一開關元件；第二環(huán)路，其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路包含共用的電感元件，其中，在第一開關元件開通或關斷時，電流交替流經第一環(huán)路或第二環(huán)路，當?shù)谝婚_關元件被開通時形成并穿過第一環(huán)路的磁場和當?shù)谝婚_關元件在第一開關元件開通后關斷時形成并穿過第二環(huán)路的磁場具有相同的方向，第一環(huán)路圍繞的部分和第二環(huán)路圍繞的部分之間的重疊部分的面積大于或等于第一環(huán)路圍繞的部分或第二環(huán)路圍繞的部分內的非重疊部分的面積。本發(fā)明的第三實施形態(tài)提供了一種電壓轉換裝置。電壓轉換裝置包含第一環(huán)路， 包含第一開關元件；第二環(huán)路，其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路包含共用的電感元件，其中，當?shù)谝婚_關元件被開通或關斷時，電流交替流經第一環(huán)路或第二環(huán)路，當?shù)谝婚_關元件開通時形成并穿過第一環(huán)路的磁場和當?shù)谝婚_關元件在第一開關元件開通后關斷時形成并穿過第二環(huán)路的磁場具有相同的方向，磁物質(magnetic substance)被布置在第一環(huán)路圍繞的部分和第二環(huán)路圍繞的部分之間的重疊部分內。本發(fā)明的第四實施形態(tài)提供了一種電壓轉換裝置。電壓轉換裝置包含第一環(huán)路， 包含第一開關元件和第一電容性元件；第二環(huán)路，包含第二開關元件和第二電容性元件，其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路包含共用的電感元件，其中，在第一開關元件被開通或關斷時，電流交替流經第一環(huán)路或第二環(huán)路，第一直流電源或地被連接到第一環(huán)路中的第一開關元件和第一電容性元件之間的中點，具有與第一直流電源的電壓不同的電壓的第二直流電源被連接到第二環(huán)路中的第二開關元件和第二電容性元件之間的中點，第一環(huán)路和第二環(huán)路被布置為使得第一環(huán)路和第二環(huán)路中的一個圍繞第一環(huán)路和第二環(huán)路中的另一個。第一環(huán)路圍繞的部分和第二環(huán)路環(huán)繞的部分之間的重疊部分的面積可大于或等于第一環(huán)路圍繞的部分或第二環(huán)路圍繞的部分中的非重疊部分的面積。 通過本發(fā)明的實施形態(tài)，可以獲得一種電壓轉換裝置或類似裝置，其能夠有效地減小由于第一環(huán)路和第二環(huán)路中形成的磁場的波動形成的噪音。


由下面參照附圖對示例性實施例的介紹，將明了本發(fā)明的前述目的、特征與優(yōu)點以及其他目的、特征與優(yōu)點，在附圖中，相似的號碼用于表示相似的元件，且其中圖1示出了已有的DC-DC轉換器的電路構造；圖2示出了已有的DC-DC轉換器的部件布置；圖3示出了根據本發(fā)明一實施例的電壓轉換裝置的電路構造；圖4A示出了流經第二環(huán)路的環(huán)路電流的方向，圖4B示出了流經第一環(huán)路的環(huán)路電流的方向；圖5示出了連接電氣負載的方法的另一實例；圖6A-6E為波形圖，其示出了根據該實施例的電壓轉換裝置中的磁通波動減小作用；圖7A與圖7B示出了實現(xiàn)根據該實施例的電壓轉換裝置的電路構造的安裝實例；圖8A與圖8B示出了實現(xiàn)根據該實施例的電壓轉換裝置的電路構造的另一安裝實例；
圖9A與圖9B示出了按照根據該實施例的電壓轉換裝置試生產(prototyped)的基材的構造；圖IOA與圖IOB示出了作為已有電壓轉換裝置試生產的基材的構造；圖11為一圖表，示出了實際運行圖9A與圖9B的裝置測量得到的噪音波形以及實際運行圖IOA與圖IOB所示的裝置測量的噪音波形；圖12示出了用于抑制陡峭磁通波動的第一方法；圖13示出了用于抑制陡峭磁通波動的第二方法；圖14示出了第二方法；圖15A和圖15B示出了按照根據該實施例的電壓轉換裝置試生產的基材的構造；圖16A和圖16B示出了按照根據該實施例的電壓轉換裝置試生產的基材的構造；圖17為一圖表，其示出了通過實際運行圖IOA與圖IOB所示的裝置測量的噪音波形、實際運行圖11所示的裝置測量的噪音波形以及實際運行圖12所示的裝置測量的噪音波形；圖18為一圖表，其示出了檢查通過第二方法的噪音減小效果的測試的結果；圖19為一構造圖，示出了根據本發(fā)明一實施例的電氣負載驅動裝置；圖20示出了根據另一實施例的電壓轉換裝置的電路構造；圖21示出了根據本發(fā)明另一實施例的電壓轉換裝置的電路構造；以及圖22A和圖22B示出了實現(xiàn)根據該實施例的電壓轉換裝置的電路構造的另一安裝實例。
具體實施例方式下面將參照附圖介紹本發(fā)明的實施例。圖3示出了根據本發(fā)明一實施例的電壓轉換裝置1的電路構造。根據當前實施例的電壓轉換裝置1被構造為使得圖3所示的電壓轉換裝置1的電路構造以平面的方式基本上直接布置在基材的一個表面上。根據當前實施例的電壓轉換裝置1為同步整流非絕緣DC-DC轉換器。電壓轉換裝置1包含第一環(huán)路10和第二環(huán)路12。驅動目標電氣負載40被連接到電壓轉換裝置1的輸出端子20。第一環(huán)路10和第二環(huán)路12共用電感L。在圖中所示的實例中，第一環(huán)路10被布置為圍繞第二環(huán)路12。除電感L以外，第一環(huán)路10還包含開關元件Ql和電容器Cl。在此實施例中，開關元件Ql為金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)。作為替代的是，開關元件Ql可為其他晶體管，例如絕緣柵型雙極型晶體管(IGBT)。開關元件Ql與電感L串聯(lián)連接在正端子和輸出端子20之間。于是，當Nch-MOSFET用作開關元件Ql時，開關元件Ql的漏極連接到正端子，其源極連接到電感L。另一方面，當Pch-MOSFET用作開關元件Ql時，開關元件Ql的源極連接到正端子，其漏極連接到電感L。電容器Cl與開關元件Ql以及電感L并聯(lián)連接在正端子和輸出端子20之間。類似地，除電感L以外，第二環(huán)路12還包含開關元件Q2和電容器C2。在此實施例中，開關元件Q2為MOSFET。作為替代的是，開關元件Q2可為其他晶體管，例如IGBT。開關元件Q2與電感L串聯(lián)連接在負端子和輸出端子20之間。于是，當Nch-MOSFET用作開關元件Q2時，開關元件Q2的漏極連接到電感L，其源極連接到負端子。另一方面，當Pch-MOSFET 用作開關元件Q2時，開關元件Q2的源極連接到電感L，其漏極連接到負端子。電容器C2與開關元件Q2以及電感L并聯(lián)連接在負端子和輸出端子20之間。 第一直流電源(見圖19中的直流電源20 連接到正端子。具有低于第一直流電源電壓的電壓的第二直流電源(未示出)連接到負端子。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選擇，只要第二直流電源的額定電壓低于第一直流電源的額定電壓。典型地，地(即0V)連接到負端子。此后，為了防止說明復雜化，負端子被連接到地，除非另有說明。 電容器Cl和電容器C2主要具有對電壓轉換裝置1的輸出電壓進行平滑并減小在電壓轉換裝置1中產生的噪音的功能。希望電容器Cl和電容器C2具有同樣的電容。另外， 為了減小劣化的影響，希望將持久性難以劣化的陶瓷電容器用作電容器Cl和電容器C2。開關元件Ql和Q2受到控制，使得開關元件Ql與Q2中的一個在另一個被關斷的同時開通?？蛇x擇開關元件Ql與Q2的詳細控制模式(例如設置和調節(jié)死區(qū)時間的方法，
寸寸J。根據當前實施例的電壓轉換裝置1被配置為，流經第二環(huán)路12的環(huán)路電流和流經第一環(huán)路10的環(huán)路電流具有相同的方向。也就是說，由根據當前實施例的電壓轉換裝置1 和圖1、圖2所示已有構造之間的比較顯然可見，根據當前實施例的電壓轉換裝置1通過沿著圖1中的線X-X折疊圖1所示的已有配置來形成。通過這樣做，與圖1所示的已有構造形成對比的是，當電壓轉換裝置1運行時，流經第二環(huán)路12的環(huán)路電流的方向和流經第一環(huán)路10的環(huán)路電流的方向彼此一致。在圖3所示的實例中，在運行期間，隨著開關裝置Q2開通，開關元件Ql同步關斷。 于是，如圖4A所示，在圖中的箭頭所示的方向的環(huán)路中，電流12流經第二環(huán)路12。隨著開關元件Q2從開通切換到關斷，開關元件Ql同步地從關斷切換到開通。因此，如圖4B所示， 在圖中的箭頭所示的方向的環(huán)路中，電流Il流經第一環(huán)路10。通過這種方式，通過適當?shù)乜刂崎_關元件Q2開通的持續(xù)時間(開通占空)，可以將第一直流電源的電壓轉換為希望的電壓(降壓轉換)，并將電壓輸出到輸出端子20。注意，在圖3所示的實例中，正端子連接到電氣負載40的另一末端(并非位于輸出端子20側的端子)，使得開關元件Q2的開關操作基本上決定了占空比，開關元件Ql作為同步整流開關元件。注意，例如，當成本被給予高于能量效率的優(yōu)先級時，開關元件Ql可被省略(僅使用二極管)。另外，例如，如圖5所示，負端子可連接到電氣負載40的另一末端 (并非位于輸出端子20側的端子)。在這種情況下，與圖3所示的實例相反，開關元件Ql 的開關操作基本上決定占空比，開關元件Q2作為同步整流開關元件。注意，在圖5所示的實例中，例如，當成本被給予高于能量效率的優(yōu)先級時，開關元件Q2也可被省略(僅使用二極管)。順便提及，如上面參照圖2所介紹，當圖1所示的電壓轉換裝置的電路構造以平面形式直接布置時，存在這樣的問題當開關元件Q2高速開通或關斷時，具有相反方向的穿過第一環(huán)路的磁場和穿過第二環(huán)路的磁場以高速交替產生，因此，發(fā)生由于磁場中的高頻波動帶來的高頻噪音。相反，使用圖4A、4B所示的根據當前實施例的電壓轉換裝置1，當開關元件Q2高速開通或關斷時，電流Il的方向和電流12的方向相同，具有相同方向的穿過第一環(huán)路的磁場和穿過第二環(huán)路的磁場高速地交替產生。因此，可以減小由于第一環(huán)路10和第二環(huán)路12 的共用環(huán)路部分(圖3中的寬線(wide line)所示的環(huán)路部分70)——也就是說，第一環(huán)路 10和第二環(huán)路12之間的重疊部分80(見圖1 ——中的磁場高速波動產生的高頻噪音。為了高效地獲得上述效果，希望第一環(huán)路10和第二環(huán)路12這樣形成使得共用環(huán)路部分(圖3中的寬線所示的環(huán)路部分70)的面積大。圖6A至圖6B為波形圖，示出了上面介紹的實施例中的磁通波動減小效果。如上所述，隨著開關元件Q2和Ql以彼此反轉的預定占空比受到驅動，電流以圖6A 所示的波形流經第二環(huán)路12，電流以圖6B所示的波形流經第一環(huán)路10。此時，由于流經第二環(huán)路12的電流，穿過第二環(huán)路12的磁通φ2以圖6C所示的波形(時系列)產生，由于流經第一環(huán)路10的電流，穿過第一環(huán)路10的磁通φ 以圖6D所示的波形(時系列)產生。上面的磁通φ2和φ 分別以大的量在短時間段內波動，這是由于開關元件Q2和Ql以高速受到驅動。在當前實施例中，如上所述，流經第二環(huán)路12的環(huán)路電流和流經第一環(huán)路10的環(huán)路電流具有相同的方向，圖6C所示的磁通φ2和圖6D所示的磁通φ 具有相同的方向。因此， 這些波形(時系列)的復合波形不具有陡峭的波動，如圖6Ε所示。也就是說，具有小的時間波動的磁通變化在第一環(huán)路10與第二環(huán)路12的公共環(huán)路部分70 (見圖；3)中實現(xiàn)，也就是說，在第一環(huán)路10和第二環(huán)路12之間的重疊部分80(見圖12)中實現(xiàn)。通過這種方式， 使用根據當前實施例的電壓轉換裝置1，可以有效地減小磁通φ1+φ2中的高頻波動產生的噪音。圖7Α與圖7Β示出了實現(xiàn)根據該實施例的電壓轉換裝置1的電路構造的安裝實例。圖7Α示出了印刷電路板的前表面的構造。圖7Β示出了印刷電路板的后表面的構造。 注意，基材可以為所選擇的類型的基材，例如可以為撓性基材。在圖7Α和圖7Β所示的實例中，第一環(huán)路10和第二環(huán)路12全部被布置在基材的同一表面(基材的前表面)。如圖7Α所示，希望在第一環(huán)路10中將開關元件Ql連接到電容器Cl的圖案盡可能接近第二環(huán)路12中用于將開關元件Q2連接到電容器C2的圖案地布置。通過這樣做，可以通過增大第一環(huán)路10和第二環(huán)路12的公共環(huán)路部分的面積(見圖 3中的參考標號70)來改進噪音減小效果。如圖7Β所示，地電位通過例如銅固體圖案在基材的后表面上形成。經由在開關元件Q2和電容器C2之間的中點上形成的貫通孔，第二環(huán)路12連接到基材的后表面(接地表面)。注意，希望貫通孔80盡可能接近在第二環(huán)路12 中用于將開關元件Q2連接到電容器C2的圖案地布置，并可在第二環(huán)路12中用于將開關元件Q2連接到電容器C2的圖案上形成。圖8Α和圖8Β示出了實現(xiàn)根據該實施例的電壓轉換裝置1的電路構造的另一安裝實例。圖8Α示出了印刷電路板的前表面的構造。圖8Β示出了印刷電路板的后表面的構造。 注意，基材可以為所選類型的基材，并可以為例如撓性基材。在圖8Α和圖8Β所示的實例中，第一環(huán)路10和第二環(huán)路12幾乎全部被布置在基材的同一表面(基材的前表面)上。也就是說，圖8Α和圖8Β所示的實例與圖7Α以及圖7Β 的主要不同之處在于，布線的部分被設置在基材的后表面上。具體而言，在圖8Α和圖8Β所示的實例中，開關元件Q2的源極經由貫通孔83連接到基材的后表面(接地表面)。另外， 電容器C2的鄰近開關元件Q2的一側經由貫通孔84連接到基材的后表面(接地表面)。通過這樣做，開關元件Q2和電容器C2之間的中點連接到地。另外，開關元件Q2的漏極和電感L經由貫通孔82和81由基材的后表面的非導電區(qū)域90中的布線圖案86連接。在這種情況下，相比于圖7A和圖7B的實例，可以鄰近于第一環(huán)路10中將開關元件Ql的源極連接到電感L的布線圖案地放置在第二環(huán)路12中將開關元件Q2的漏極連接到電感L的布線圖案86 (最終，可以在基材的前后面上的重疊位置布置布線圖案)。因此，可以增大公共環(huán)路部分70的環(huán)路面積(見圖幻與第一環(huán)路10或第二環(huán)路12的環(huán)路面積的比。由類似的觀察點，如圖8A中的X2區(qū)域所示，第二環(huán)路12從公共環(huán)路部分70的分支點被布置為鄰近電容器C2，由此增大公共環(huán)路部分70 (見圖幻的環(huán)路面積與第一環(huán)路10或第二環(huán)路12的環(huán)路面積的比(見圖7A的區(qū)域XI，以便比較)。通過根據上述實施例的電壓轉換裝置1，可特別獲得下面的有利效果。如上所述，電壓轉換裝置1被配置為，在電壓轉換裝置1的運行期間，使得流經第一環(huán)路10的電流和流經第二環(huán)路12的電流具有相同的方向。因此，可以有效地減小由于高頻波動引起的高頻噪音。另外，第一環(huán)路10和第二環(huán)路12的全部(或至少是相應電路的元件全部)被布置在基材的同一表面上。因此，相比于第一環(huán)路10和第二環(huán)路12的部分元件被布置在基材后表面的情況，安裝效率是有利的，熱輻射結構設計靈活性等等得到改進。另外，例如，通過在不布置元件的一側設置噪音阻塞裝置(例如表面層或另一基材層，例如上面介紹的固體地)，容易地改進了免疫(immunity)性能，圖9A至圖11示出了檢查當前實施例的效果的測試結果。圖9A和9B示出了基材的構造，該基材按照根據圖3所示當前實施例的電壓轉換裝置1試生產。圖9A示出了印刷電路板的前表面的構造。圖9B示出了印刷電路板的后表面的構造。另外，圖IOA和圖IOB 示出了按照作為比較性實例的圖1所示已有電壓轉換裝置試生產的基材的構造。圖IOA示出了印刷電路板的前表面。圖IOB示出了印刷電路板的后表面。在圖9A、圖9B、圖10A、圖 IOB中，陰影73所示的部分對應于電源系統(tǒng)的電路部分(正端子側；在此實例中，+B系統(tǒng))。 陰影71所示的部分對應于輸出部分的電路部分。陰影72所示的部分對應于接地系統(tǒng)的電路部分(負端子側)。圖11示出了實際運行圖9A和圖9B所示的裝置測量的噪音波形和實際運行圖IOA 和圖IOB所示的裝置測量的噪音波形。在圖11中，根據當前實施例的電壓轉換裝置1的噪音特征用實線表示，已有配置的噪音特征用虛線表示。由圖11可見，根據當前實施例，相比于已有配置的噪音特性，噪音等級大大減小。下面，將介紹根據當前實施例高效獲得上面介紹的噪音減小效果(見圖6A到圖 6E)的配置。這里，將用兩種方法介紹高效獲得噪音減小效果的配置。第一方法為使得第一環(huán)路10和第二環(huán)路12之間的重疊部分的面積大于或等于第一環(huán)路10和第二環(huán)路12的不彼此重疊的部分(非重疊部分)的面積。注意，面積為在磁通穿過的方向觀看的面積(磁通穿過的面積)。圖12示出了第一方法。在圖12中，第一環(huán)路10和第二環(huán)路12之間的重疊部分由陰影80指示，第一環(huán)路10和第二環(huán)路12不彼此重疊的部分(非重疊部分)用陰影82 指示。因此，在第一方法中，第一環(huán)路10和第二環(huán)路12之間的重疊部分80的面積Sl'被設置為大于或等于第一環(huán)路10和第二環(huán)路12之間的非重疊部分82的面積S2。
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這里，重疊部分80的磁場和磁導率分別用Hl和μ 1表示，非重疊部分82的磁場和磁導率分別用Η2和μι表示。注意，磁場Hl在重疊部分80中由電流Il (見圖4Β)產生， 磁場Η2在非重疊部分82中由電流12(見圖4Α)產生。此時，在電流Il流動時產生的磁通 Φ 1表達如下。Φ1 = / Bl · S = kl · μ 1(Η1 · Sl' +Η2 · S2) · Il類似地，當電流12流動時產生的磁通Φ2表達如下。Φ2 = / Β2 · S = k2 · μ 1 · Hl · Sl' · 12由上可見，kl · Il近似于k2 · 12，故而，當Sl'充分大于S2時，Φ 1近似于Φ2。 因此，看起來可以抑制陡峭的磁通波動。盡管其依賴于實際維度或類似物，希望第一環(huán)路10 面積的絕對值和第二環(huán)路12面積的絕對值盡可能小。第二方法為，磁構件被布置在第一環(huán)路10和第二環(huán)路12之間的重疊部分80中。 注意，當然，第二方法可與上面介紹的第一方法組合，在這種情況下，可以獲得包括相應的有利效果在內的有利效果。圖13和圖14示出了第二方法。在圖13所示的實例中，磁構件90和92被布置在第一環(huán)路10和第二環(huán)路12之間的重疊部分80中。磁構件可僅僅為此目的設置，并可滿足希望地為附加的另一目的設置。在圖13所示的實例中，磁構件90為基材安裝螺栓或定位銷。也就是說，磁構件90為金屬緊固器——例如螺栓——以及定位銷，用于將其上形成有第一環(huán)路10和第二環(huán)路12的基材安裝到外殼部件構件(構成外殼的構件)。另外，磁構件92為用于冷卻開關元件Q2的散熱板。注意，磁構件92可以為對開關元件Ql和開關元件Q2進行冷卻的散熱板，或者為對開關元件Ql而不是開關元件Q2進行冷卻的散熱板。在圖14中，磁材料被布置在重疊部分80中的部分(下面稱為“磁性部分”)用陰影84示出。這里，重疊部分80的磁場和磁導率分別用Hl和μ 1表示，非重疊部分82的磁場和磁導率分別用Η2和μ 1表示，磁性部分84的面積、磁場和磁導率分別用S3、H3和μ 2 表示。另外，除了磁性部分84以外重疊部分80的面積用Sl表示。于是，當電流Il流動時產生的磁通Φ 1表示如下。Φ1 = / Bl · S = kl · {μ 1 · (Hl · S1+H2 · S2) + μ 2 · Η3 · S3} · Il類似地，當電流12流動時產生的磁通Φ2表示如下。Φ 2 = / Β2 · S = k2 · {μ 1 · Hl · Sl+ μ 2 · H3 · S3} · 12由上可見，kl · Il近似于k2· 12，故而，當Sl (或S1+S3)充分大于S2時，Φ1近似于Φ2。因此，看來可以抑制陡峭的磁通波動。另外，希望磁構件90的磁導率大于或等于 500，故而甚至在S2頗大時可以建立起Φ1近似于Φ 2的關系。圖15Α到圖17示出了用于檢查上面介紹的第一方法獲得的噪音減小效果的測試結果。圖15Α和圖15Β示出了按照根據圖3所示當前實施例的電壓轉換裝置1試生產的基材的構造，并示出了當重疊部分80的面積Sl ‘基本等于非重疊部分82的面積S2時的基材構造。圖15Α示出了印刷電路板的前表面的構造。圖15Β示出了印刷電路板的后表面的構造。另外，圖16Α和圖16Β示出了按照根據圖3所示當前實施例的電壓轉換裝置1試生產的基材的構造，并示出了當重疊部分80的面積Sl ‘大大大于非重疊部分82的面積S2時的基材的構造(在此實例中，非重疊部分82具有小的面積，故未在圖中示出)。圖16Α示出了印刷電路板的前表面的構造。圖16Β示出了印刷電路板的后表面的構造。另外，圖IOA和圖IOB示出了按照作為比較性實例的圖1所示已有電壓轉換裝置試生產的基材的構造。圖 IOA示出了印刷電路板的前表面的構造。圖IOB示出了印刷電路板的后表面的構造。在圖 15A到圖16B、圖IOA和圖IOB中，陰影73所示的部分對應于電源系統(tǒng)的電路部分(正端子側；在此實例中，+B系統(tǒng))。陰影71所示的部分對應于輸出部分的電路部分。陰影72所示的部分對應于接地系統(tǒng)的電路部分(負端子側)。圖17示出了實際運行圖15A和圖15B所示的裝置測量的噪音波形，實際運行圖 16A和圖16B所示的裝置測量的噪音波形，以及實際運行圖IOA與圖IOB所示的裝置測量的噪音波形。在圖17中，根據當前實施例的電壓轉換裝置1的噪音特征用實線Al和A2指示，已有構造的噪音特征用虛線表示。由圖17可見，根據當前實施例，相比于已有構造的噪音特征，噪音等級大大減小。另外，看起來，即使當重疊部分80的面積Sl'基本等于非重疊部分82的面積S2時，如實線Al所示，相比于已有構造，噪音等級大大減小。另外，看起來， 當重疊部分80的面積Sl ‘大大大于非重疊部分82的面積S2時，如實線A2所示，相比于重疊部分80的面積Sl'基本等于非重疊部分82的面積S2的情況，噪音等級進一步減小。因此，在當前實施例中，希望重疊部分80的面積Sl'大于非重疊部分82的面積 S2，更加希望的是，重疊部分80的面積Sl'大于或等于非重疊部分82的面積的兩倍，進一步希望的是，重疊部分80的面積Sl ‘大于或等于非重疊部分82的面積的十倍。圖18為一圖表，示出了用于檢查通過上面介紹的第二方法(布置磁物質)的噪音減小效果的測試結果。圖18用曲線Bl示出了不在圖16A和圖16B所示的基材構造中的重疊部分80中布置磁物質的情況的結果，用曲線B2示出了在圖16A和圖16B所示的基材構造中的重疊部分80中布置磁物質的情況下的結果。由圖18可見，當磁物質被布置在第一環(huán)路10和第二環(huán)路12之間的重疊部分80中時，相比于不在重疊部分80中布置磁物質的情況，噪音水平進一步減小。圖19為一構造圖，其示出了根據本發(fā)明的實施例的電氣負載驅動裝置200。根據當前實施例的電氣負載驅動裝置200包含電氣負載驅動電路裝置201、控制目標信號產生裝置(PCM) 202、直流電源203。電氣負載驅動電路裝置201包含上面介紹的電壓轉換裝置1，并包含內部電源電路101、輸入信號接口電路102、開關占空比產生電路103 和開關元件驅動電路104。注意，端子Tl和T4對應于上面介紹的正端子，端子T3對應于負端子，T5對應于電壓轉換裝置1的輸出端子20。注意，代替電壓轉換裝置1的是，可使用根據其他實施例的電壓轉換裝置2或3，其將在后面介紹。在圖19所示的實例中，電氣負載40為電感性負載，并為用于車輛發(fā)動機的燃料泵。然而，電氣負載40可以為所選擇的電氣負載，例如風扇和轉向助力電動機。另外，開關 Sl對應于點火開關?？刂颇繕诵盘柈a生裝置202由微計算機構成，例如可以為對車輛發(fā)動機進行控制的EFI-ECU。控制目標信號產生裝置202確定燃料泵的控制目標值(例如目標旋轉速度)， 并將表示控制目標值的控制目標信號輸入到電氣負載驅動電路裝置201。注意，控制目標信號產生裝置202以來自直流電源203的電源電壓運行，并可在內部包含降壓電路或類似電路。來自控制目標信號產生裝置202的控制目標信號由控制目標信號產生裝置202的輸入信號接口電路102進行處理，開關占空比產生電路103確定用于實現(xiàn)控制目標值的占空比。于是，開關元件驅動電路104基于所確定的占空比進行開關元件Ql與Q2上的開關控制。上面詳細介紹了本發(fā)明的實施例，然而，本發(fā)明的實施形態(tài)不限于上面介紹的實施例。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，上面介紹的實施例可進行多種修改或替換。例如，在上面的實施例中，介紹了流經第一環(huán)路10的電流和流經第二環(huán)路12的電流在電壓轉換裝置1運行期間具有同樣的方向的構造的具體實例，然而，本發(fā)明的實施形態(tài)不限于這種構造。例如，如圖20所示，可添加與圖3所示的構造等效的修改內容。另外， 在圖3所示的構造中，或在類似物中，第二環(huán)路12由第一環(huán)路10圍繞。相反，作為替代的， 第一環(huán)路10可由第二環(huán)路12圍繞。或者，在圖3所示的構造中，公共環(huán)路部分70 (公共部分的長度)占整個環(huán)路長度的至少一半或更大的比率，以及占據整個環(huán)路長度的大約三分之二到四分之三的比率。作為替代的是，如圖21所示，公共環(huán)路部分與整個環(huán)路長度的比率可能小于整個環(huán)路長度的一半。使用上面介紹的構造，同樣地，第二環(huán)路12由第一環(huán)路 10圍繞，故可以獲得上面介紹的噪音減小效果。另外，在上面介紹的實施例中，例如，如圖7A和7B或圖8A和圖8B所示，第二環(huán)路 12經由貫通孔80連接到基材的后表面(接地表面)；然而，本發(fā)明的實施形態(tài)不限于這種構造。例如，如圖22A和圖22B所示，第二環(huán)路12可經由以絕緣方式跨騎第一環(huán)路10的芯片跳線器50 (或這種類型的元件)連接到在基材的前表面形成的地(負端子)。注意，圖 22B對應于沿著圖22k的線P-P取得的截面圖。使用圖22k和圖22B所示的構造，有利之處在于可在基材的一側實現(xiàn)希望的布線圖案和部件布置。另外，在上面介紹的實例中，例如，為了改進免疫性能，第一環(huán)路10和第二環(huán)路12 二者的部件(主要為元件)在基材的同一表面形成，第一環(huán)路10和第二環(huán)路2中的一個或第一環(huán)路10與第二環(huán)路2的任意一個的部分可在同一基材的后表面形成，或者，可在上述基材上堆疊的另一基材上形成。另外，在上面介紹的實施例中，本發(fā)明的實施形態(tài)應用于降壓電壓轉換裝置。作為替代的是，本發(fā)明的實施形態(tài)可應用于升壓或雙向電壓轉換裝置。
權利要求
1.一種電壓轉換裝置，包含第一環(huán)路，其包含第一開關元件；以及第二環(huán)路，其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路包含共用的電感元件，其中， 當?shù)谝婚_關元件被開通或關斷時，電流交替地流經第一環(huán)路或第二環(huán)路， 當?shù)谝婚_關元件開通時形成并穿過第一環(huán)路的磁場和在第一開關元件開通之后第一開關元件關斷時形成并穿過第二環(huán)路的磁場具有相同的方向，構成第一環(huán)路和第二環(huán)路的所有元件被布置在基材的相同表面，且第二環(huán)路被連接到第二直流電源，第一環(huán)路被連接到第一直流電源，第一直流電源具有不同于第二直流電源電壓的電壓。
2.一種電壓轉換裝置，包含第一環(huán)路，包含第一開關元件；以及第二環(huán)路，其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路包含共用的電感元件，其中， 當?shù)谝婚_關元件被開通或關斷時，電流交替流經第一環(huán)路或第二環(huán)路， 當?shù)谝婚_關元件被開通時形成并穿過第一環(huán)路的磁場和在第一開關元件開通之后第一開關元件關斷時形成并穿過第二環(huán)路的磁場具有相同的方向，且第一環(huán)路圍繞的部分和第二環(huán)路圍繞的部分之間的重疊部分的面積大于或等于第一環(huán)路圍繞的部分或第二環(huán)路圍繞的部分內的非重疊部分的面積。
3.一種電壓轉換裝置，包含第一環(huán)路，包含第一開關元件；以及第二環(huán)路，其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路包含共用的電感元件，其中， 當?shù)谝婚_關元件被開通或關斷時，電流交替流經第一環(huán)路或第二環(huán)路， 當?shù)谝婚_關元件開通時形成并穿過第一環(huán)路的磁場和在第一開關元件開通之后第一開關元件關斷時形成并穿過第二環(huán)路的磁場具有相同的方向，且磁物質被布置在第一環(huán)路圍繞的部分和第二環(huán)路圍繞的部分之間的重疊部分內。
4.根據權利要求1-3中任意一項的電壓轉換裝置，其中，第一環(huán)路包含第一電容性元件，第二環(huán)路包含第二電容性元件。
5.根據權利要求1-4中任意一項的電壓轉換裝置，其中，第二環(huán)路包含第二開關元件， 第一開關元件和第二開關元件被控制為使得第一開關元件和第二開關元件中的一個在第一開關元件和第二開關元件中的另一個被關斷的同時同步地開通。
6.根據權利要求4的電壓轉換裝置，其中，第一直流電源被連接到第一環(huán)路中的第一開關元件和第一電容性元件之間的中點。
7.根據權利要求1-3中任意一項的電壓轉換裝置，其中，第一環(huán)路包含第一電容性元件，第二環(huán)路包含第二電容性元件， 第二環(huán)路包含第二開關元件，第一開關元件和第二開關元件被控制為使得第一開關元件和第二開關元件中的一個在第一開關元件和第二開關元件中的另一個被關斷的同時同步地開通，且第二直流電源被連接到第二環(huán)路中的第二開關元件和第二電容性元件之間的中點。
8.根據權利要求1或2的電壓轉換裝置，其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路在公共基材上形成，磁物質被布置在第一環(huán)路圍繞的部分和第二環(huán)路圍繞的部分之間的基材中的重疊部分內。
9.根據權利要求1-8中任意一項的電壓轉換裝置，其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路在公共基材上形成，用于將基材安裝在外殼部件上的金屬緊固構件被布置在第一環(huán)路圍繞的部分和第二環(huán)路圍繞的部分之間的基材中的重疊部分內。
10.根據權利要求1-9中任意一項的電壓轉換裝置，其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路在公共基材上形成，用于冷卻第一開關元件的金屬構件被布置在第一環(huán)路圍繞的部分和第二環(huán)路圍繞的部分之間的基材中的重疊部分內。
11.根據權利要求5的電壓轉換裝置，其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路在公共基材上形成， 用于冷卻第二開關元件的金屬構件被布置在第一環(huán)路圍繞的部分和第二環(huán)路圍繞的部分之間的基材中的重疊部分內。
12.—種電壓轉換裝置，包含第一環(huán)路，包含第一開關元件和第一電容性元件；以及第二環(huán)路，包含第二開關元件和第二電容性元件，其中，第一環(huán)路和第二環(huán)路包含共用的電感元件，其中，當?shù)谝婚_關元件被開通或關斷時，電流交替流經第一環(huán)路或第二環(huán)路，第一直流電源或地被連接到第一環(huán)路中的第一開關元件和第一電容性元件之間的中占，具有與第一直流電源的電壓不同的電壓的第二直流電源被連接到第二環(huán)路中的第二開關元件和第二電容性元件之間的中點，且第一環(huán)路和第二環(huán)路被布置為使得第一環(huán)路和第二環(huán)路中的一個圍繞第一環(huán)路和第二環(huán)路中的另一個。
13.根據權利要求12的電壓轉換裝置，其中，第一環(huán)路圍繞的部分和第二環(huán)路環(huán)繞的部分之間的重疊部分的面積大于或等于第一環(huán)路圍繞的部分或第二環(huán)路圍繞的部分中的非重疊部分的面積。
14.一種電氣負載驅動裝置，其驅動電氣負載，包含直流電源；根據權利要求1-13中任意一項的電壓轉換裝置，其對供自直流電源的電壓的等級進行轉換，接著，將電力輸出到電氣負載；以及控制器，其控制電壓轉換裝置。
全文摘要
電壓轉換裝置包含第一與第二環(huán)路(10，11)，其具有公共電感元件(L)。當?shù)谝画h(huán)路的第一開關元件Q1被開通或關斷時，電流交替流經第一或第二環(huán)路。當?shù)谝婚_關元件開通時形成并穿過第一環(huán)路的磁場和當?shù)谝婚_關元件在其開通后關斷時形成并穿過第二環(huán)路的磁場具有相同的方向。構成第一與第二環(huán)路的所有元件布置在基材的同一表面上。第二環(huán)路連接到第二直流電源。第一環(huán)路連接到第一直流電源。
文檔編號H02M1/44GK102257712SQ200980151357
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權日2008年12月18日
發(fā)明者今井孝志, 內藤隆之, 大江準三, 山本茂樹, 山野上耕一, 水谷浩市, 石原伸幸, 稻田勝, 野島昭彥 申請人:豐田自動車株式會社, 偉世通環(huán)球技術有限公司