CN107431470B - 基板型噪声滤波器以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
提供具有比以往的噪声滤波器高的噪声去除性能的基板型噪声滤波器以及具备该基板型噪声滤波器的电子设备。具备:印刷布线基板(1),形成有布线图案(7);扼流线圈(4),具有环形形状的芯(4a);机架地线部(6),在俯视扼流线圈(4)的环形形状时,在与扼流线圈(4)的中空部分重叠的位置固定于印刷布线基板(1),能够接地到机架地线;以及电容器(2、3、8、9),第1端子与机架地线部(6)经由布线图案(7)连接。
Description
技术领域
本发明涉及具有环形形状的扼流线圈被安装于印刷布线基板上的基板型噪声滤波器以及具备该基板型噪声滤波器的电子设备。
背景技术
在具有与逆变器或者开关电源等中的硬开关相伴的电路的印刷布线基板,安装有用于抑制电磁噪声的噪声滤波器。例如,在用于抑制共模噪声的噪声滤波器中,针对共模作为电感器工作的共模扼流线圈与旁路电容器等滤波器电路元件相同地安装于印刷布线基板上。
在日本实开平5-006820号公报(专利文献1)中,记载有一种基板型噪声滤波器,在该基板型噪声滤波器中,共模扼流线圈安装于在四角具有脚的绝缘台上,该绝缘台安装于布线基板上。除了共模扼流线圈之外的电容器等滤波器电路元件以及外部连接用端子直接安装于布线基板。
另外,在用于抑制常模噪声的噪声滤波器中,针对常模作为电感器工作的常模扼流线圈与旁路电容器等滤波器电路元件相同地安装于印刷布线基板上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本实开平5-006820号公报
发明内容
但是,在上述专利文献1所记载的基板型噪声滤波器中,插入有与机架地线连接的外部连接用端子的端子台与电容器之间相分离,所以需要在布线基板上形成将它们连接的布线图案。在这样的结构的情况下,不论是具备共模扼流线圈还是具备常模扼流线圈,都存在由于布线的电感分量而噪声滤波器的噪声去除性能下降的问题。
本发明是为了解决如上所述的课题而完成的。本发明的主要目的在于,提供具有比以往的噪声滤波器高的噪声去除性能的基板型噪声滤波器以及具备该基板型噪声滤波器的电子设备。
本发明的基板型噪声滤波器具备:印刷布线基板,形成有布线图案;共模扼流线圈,安装于印刷布线基板,包括具有环形形状的芯和缠绕于芯的周围的线圈;机架地线部,在俯视共模扼流线圈的环形形状时,在与共模扼流线圈的中空部分重叠的位置固定于印刷布线基板,设置为能够接地到机架地线;以及线旁路电容器,安装于印刷布线基板,具有第1端子和第2端子,第1端子与机架地线部经由布线图案连接。
根据本发明,能够提供具有比以往的噪声滤波器高的噪声去除性能的基板型噪声滤波器。
附图说明
图1是用于说明实施方式1的基板型噪声滤波器的俯视图。
图2是用于说明具备实施方式1的基板型噪声滤波器的电子设备的部分侧视图。
图3是用于说明具备实施方式1的基板型噪声滤波器的电子设备的部分剖视图。
图4是具备实施方式1的基板型噪声滤波器的电子设备的电路图。
图5是用于说明实施方式2的基板型噪声滤波器的俯视图。
图6是用于说明具备实施方式2的基板型噪声滤波器的电子设备的部分侧视图。
图7是具备实施方式2的基板型噪声滤波器的电子设备的电路图。
图8是用于说明实施方式3的基板型噪声滤波器的俯视图。
图9是用于说明具备实施方式3的基板型噪声滤波器的电子设备的部分侧视图。
图10是具备实施方式3的基板型噪声滤波器的电子设备的电路图。
符号说明
1:印刷布线基板;2、3、8、9、17、18、19、20:线旁路电容器;4:共模扼流线圈;4a、21a:芯;4b、4c、21b:扼流线圈;5:固定部件;6:机架地线部(电极部);7:布线图案;10:跨线电容器;11:框体;12:支柱;13:外部电源;14:整流用二极管桥;15:开关电源电路;16:负载;21:常模扼流线圈;100、110、120:基板型噪声滤波器;200、210、220:电子设备。
具体实施方式
以下,参照附图,说明本发明的实施方式。此外,在以下的附图中,对相同或者相当的部分标注同一参照编号,不重复其说明。
(实施方式1)
参照图1~图4,说明实施方式1的基板型噪声滤波器100以及电子设备200。基板型噪声滤波器100具备印刷布线基板1、线旁路电容器2、3、8、9、共模扼流线圈4以及机架地线部6。线旁路电容器2、3、8、9、共模扼流线圈4以及机架地线部6安装于印刷布线基板1,构成滤波器电路。
印刷布线基板1中形成有用于插入线旁路电容器2、3、8、9的两个端子(第1端子以及第2端子)的贯通孔和设置为能够插入固定部件5的第1贯通孔。用于插入固定部件5的第1贯通孔在印刷布线基板1上形成于与后述共模扼流线圈4的中空部分重叠的位置。
线旁路电容器2、3、8、9具有与隔着电介体形成的两个电极分别连接的第1端子和第2端子。线旁路电容器2、3、8、9在印刷布线基板1上分别配置于共模扼流线圈4的周围。
共模扼流线圈4包括:具有环形形状的芯4a;以及相互相反朝向地缠绕于芯4a的周围的两个扼流线圈4b、4c。构成芯4a的材料例如为铁氧体。共模扼流线圈4构成为当在两个扼流线圈4b、4c中流过共模电流时,芯4a中产生的相互的磁通被相加在一起而能够得到大的电感。
机架地线部6在与共模扼流线圈4的中空部分重叠的位置,设置于印刷布线基板1上。在机架地线部6中,至少在表面形成有由导电性材料(例如铜(Cu))构成的导电性图案(未图示)。机架地线部6形成有第2贯通孔,该第2贯通孔设置为能够插入固定部件5。形成于印刷布线基板1的用于插入固定部件5的第1贯通孔与形成于机架地线部6的用于插入固定部件5的第2贯通孔形成为在印刷布线基板1的厚度方向上相连。
在印刷布线基板1中形成有布线图案7。布线图案7将机架地线部6与线旁路电容器2、3、8、9的一个端子(第1端子)之间进行连接。由于如上所述机架地线部6配置于共模扼流线圈4的中空部分,所以例如能够将布线图案7的长度设为共模扼流线圈4的直径以下。根据降低布线电感的观点,布线图案7的宽度优选为宽。构成布线图案7的材料为具有导电性的任意的材料即可,例如为Cu。布线图案7按照任意的方法形成即可。
如图2以及图3所示,电子设备200具备如上所述的基板型噪声滤波器100和框体11。框体11只要能够固定基板型噪声滤波器100,就可以具有任意的结构,例如包括支柱12。框体11以及支柱12由具有导电性的任意的材料构成。支柱12中形成有第3贯通孔,该第3贯通孔设置为能够插入固定部件5。通过固定部件5被插入到上述第1贯通孔、第2贯通孔以及第3贯通孔并被紧固,从而印刷布线基板1以及框体11被相互固定。关于固定部件5,至少表面由具有导电性的任意的材料构成。固定部件5只要能够固定印刷布线基板1和框体11,就可以具备任意的结构,例如为螺钉。固定部件5具有比机架地线部6更向共模扼流线圈4侧突出的部分(例如螺钉的头部)。固定部件5设置成在被固定于印刷布线基板1时与共模扼流线圈4的扼流线圈4b、4c的间隔成为在标准中规定的绝缘距离以上。由此,在共模扼流线圈4的扼流线圈4b、4c与固定部件5(或者机架地线部6)之间,形成与它们之间的距离(导体间距离)成反比例的寄生电容(介电常数×面积/导体间距离)。
通过固定部件5被插入到上述第1贯通孔、第2贯通孔以及第3贯通孔并被紧固,从而机架地线部6与框体11经由固定部件5电连接,由此接地到机架地线。固定部件5固定印刷布线基板1和框体11,并且电连接机架地线部6和框体11。
如图4所示,电子设备200例如构成为开关电源,在该情况下,还具备外部电源13、整流用二极管桥14、开关电源电路15以及负载16。如图4所示,基板型噪声滤波器100构成在电子设备200中将外部电源13与整流用二极管桥14之间进行连接的滤波器电路。在印刷布线基板1上形成有能够与外部电源13连接地设置的上述滤波器电路的两个输入端子(第1输入端子以及第2输入端子,未图示)。第1输入端子以及第2输入端子分别与构成共模扼流线圈4的两个扼流线圈的一端(卷绕开始端)连接。第1输入端子以及第2输入端子分别与线旁路电容器2、3的一个端子(第2端子)连接。第1输入端子与第2输入端子之间连接有电容器(跨线电容器)10。在印刷布线基板1上例如形成有上述滤波器电路的两个输出端子(第1输出端子以及第2输出端子,未图示)。构成共模扼流线圈4的两个扼流线圈的另一端(卷绕终止端)分别连接于第1输出端子以及第2输出端子。第1输出端子以及第2输出端子分别与线旁路电容器8、9的一个端子(第2端子)连接。线旁路电容器2、3、8、9的另一个端子(第1端子)分别经由布线图案7连接于机架地线部6。机架地线部6如上所述与框体11电连接而接地到机架地线。
接下来,说明实施方式1的基板型噪声滤波器100的作用效果。基板型噪声滤波器100具备:印刷布线基板1,形成有布线图案7;共模扼流线圈4,安装于印刷布线基板1,包括具有环形形状的芯4a和缠绕于芯4a的周围的线圈4b;机架地线部6,在俯视共模扼流线圈4的环形形状时,在与共模扼流线圈4的中空部分重叠的位置固定于印刷布线基板1,设置为能够接地到机架地线;以及线旁路电容器2、3、8、9,安装于印刷布线基板1,具有第1端子和第2端子,第1端子与机架地线部6经由布线图案7连接。
由此,能够使线旁路电容器2、3、8、9与机架地线部6之间的距离比在以往的基板型噪声滤波器中线旁路电容器与接地到机架地线的外部连接端子台之间的距离短。因此,能够使将线旁路电容器2、3、8、9与机架地线部6进行电连接的布线图案7的长度比在以往的基板型噪声滤波器中将线旁路电容器与外部连接端子台之间进行连接的布线图案的长度短。其结果,基板型噪声滤波器100与以往的基板型噪声滤波器相比,抑制布线电感所致的噪声降低性能的恶化,具有高的噪声去除性能。
进而,如果这样做,则能够在共模扼流线圈4的扼流线圈4b、4c与固定部件5(或者机架地线部6)之间形成寄生电容。该寄生电容能够作为线旁路电容器发挥作用,所以基板型噪声滤波器100具有高的噪声去除性能。
进而,布线图案7将线旁路电容器2、3、8、9的第1端子与机架地线部6之间进行连接,印刷布线基板1固定于框体11,从而机架地线部6与框体11连接,所以与具备端子台的以往的基板型噪声滤波器相比,布线图案7的走线容易,能够提高印刷布线基板1的图案设计的自由度。
在基板型噪声滤波器100中,共模扼流线圈4与机架地线部6优选为隔开能够确保电绝缘的最短距离以上而配置。如果共模扼流线圈4与机架地线部6隔开能够确保电绝缘的最短距离而配置,则能够在共模扼流线圈4与固定部件5(或者机架地线部6)之间形成大的寄生电容。该寄生电容能够作为线旁路电容器发挥作用。在该情况下,利用共模扼流线圈4的电感和该寄生电容,在基板型噪声滤波器100形成有多级LC滤波器电路,基板型噪声滤波器100具有高的噪声降低性能。
在基板型噪声滤波器100中,将机架地线部6与线旁路电容器2、3、8、9的第1端子之间进行连接的布线图案7优选形成为直线状。如果这样做,则与以往的基板型噪声滤波器相比,能够进一步充分缩短布线图案7的长度。因此,这样的基板型噪声滤波器100具有高的噪声去除性能。
实施方式1的电子设备200具备上述基板型噪声滤波器100。在基板型噪声滤波器100中,在印刷布线基板1形成有第1贯通孔,在机架地线部6形成有第2贯通孔。电子设备200具备框体11,该框体11形成有第3贯通孔,由导电性材料构成。在以使第1贯通孔、第2贯通孔以及第3贯通孔重叠的方式配置的状态下固定部件5紧固于第1贯通孔、第2贯通孔以及第3贯通孔,从而印刷布线基板1与框体11被固定,且机架地线部6接地到机架地线。
如果这样做,则在使电子设备200动作时产生的高频噪声被基板型噪声滤波器100的共模扼流线圈4阻止向负载16侧流出,通过与机架地线部6连接的线旁路电容器2、3、8、9旁通到机架地线。由此,在电子设备200中,噪声所致的误动作得到抑制。
例如,在构成为开关电源的电子设备200中,伴随开关电源电路15的动作开始,构成开关电源电路15的开关元件(例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)等)例如以kHz至MHz频域的振动频率反复进行开关动作。伴随供给到负载16的电力量的增加,高速地对电压或电流进行导通或截止,所以在开关元件的导通或截止时产生高频噪声。另外,在构成整流用二极管桥14的二极管中由于在其特性上存在反向恢复时间,所以在从导通切换到截止的瞬间产生高频噪声。这样产生的高频噪声通过辐射或者传导而扩散到电子设备200内部或者外部。因此,对电子设备200制定有关于噪声电平的标准。电子设备200具备基板型噪声滤波器100,基板型噪声滤波器100的共模扼流线圈4以及线旁路电容器2、3、8、9能够对共模的噪声电平的下降做出贡献,基板型噪声滤波器100的跨线电容器10能够对常模的噪声电平的下降做出贡献。
另外,印刷布线基板1与框体11在质量重的共模扼流线圈4的中央部被固定部件5固定,所以在振动剧烈的环境下也能够抑制在印刷布线基板1产生挠曲的现象。
另外,由于印刷布线基板1与框体11在共模扼流线圈4的中央部被固定部件5固定,所以在共模扼流线圈4由于导通损耗而发热的情况下,也能够经由机架地线部6以及固定部件5散热到框体11。在构成材料中包含Cu的扼流线圈4b、4c伴随温度上升,其电阻值也上升。因此,通过抑制共模扼流线圈4的温度上升,扼流线圈4b、4c的电阻值的上升也被抑制,所以能够抑制与导通损耗相伴的共模扼流线圈4所致的噪声去除性能的下降。此外,固定部件5的直径(螺钉直径)设为任意的大小即可,但根据散热性的观点,固定部件5的直径(螺钉直径)优选为大。
(实施方式2)
接下来,参照图5~图7,说明实施方式2的基板型噪声滤波器110。实施方式2的基板型噪声滤波器110基本上具备与实施方式1的基板型噪声滤波器100同样的结构,但如下点不同:代替在印刷布线基板1上安装于共模扼流线圈4侧的线旁路电容器2、3、8、9,而安装有线旁路电容器17、18、19、20,该线旁路电容器17、18、19、20安装于印刷布线基板1中位于与安装有共模扼流线圈4的面相反一侧的面上。
在俯视共模扼流线圈4的环形形状时,线旁路电容器17、18、19、20安装于其至少一部分与共模扼流线圈4重叠的位置。换言之,将线旁路电容器与机架地线部6之间进行连接的布线图案7的长度为共模扼流线圈4的外周圆的半径以下。线旁路电容器17、18、19、20设置为能够进行面安装。优选的是,在俯视共模扼流线圈4的环形形状时,线旁路电容器17、18、19、20安装于其至少一部分与共模扼流线圈4的中空部分重叠的位置。换言之,优选的是,布线图案7的长度为共模扼流线圈4的内周圆的半径以下。
这样也能够使实施方式2的基板型噪声滤波器110的布线图案7的长度比以往的基板型噪声滤波器短。因此,实施方式2的基板型噪声滤波器110能够起到与实施方式1的基板型噪声滤波器100同样的效果。
进而,在实施方式2的基板型噪声滤波器110中,线旁路电容器17、18、19、20在印刷布线基板1中位于与安装有共模扼流线圈4的面相反一侧的面上安装于其至少一部分与共模扼流线圈4重叠的位置。因此,实施方式2的基板型噪声滤波器110还能够与实施方式1的基板型噪声滤波器100相比使布线图案7的长度更加缩短。其结果,抑制布线电感所致的噪声去除性能的恶化,具有高的噪声去除性能。
另外,实施方式2的电子设备210具备实施方式2的基板型噪声滤波器110和框体11,印刷布线基板1与框体11在质量重的共模扼流线圈4的中央部被固定部件5固定。因此,实施方式2的电子设备210能够起到与实施方式1的电子设备200同样的效果。
(实施方式3)
接下来,参照图8~图10,说明实施方式3的基板型噪声滤波器120。实施方式3的基板型噪声滤波器120基本上具备与实施方式1的基板型噪声滤波器120同样的结构,但如下点不同:不是构成为针对共模噪声的滤波器,而是构成为针对常模噪声的滤波器,且在线路间未连接电容器。
基板型噪声滤波器120具备常模扼流线圈21,而不具备共模扼流线圈4。常模扼流线圈21与第1输入端子连接。常模扼流线圈21包括:芯21a,具有环形形状;以及1个扼流线圈21b,相互相反朝向地缠绕于芯21a的周围。构成芯21a的材料例如为铁氧体。常模扼流线圈21构成为当在1个扼流线圈21b中流过常模电流时能够得到大的电感。
在基板型噪声滤波器120中,只要在印刷布线基板1至少形成有设置为能够插入固定部件5的第1贯通孔即可。用于插入固定部件5的第1贯通孔在印刷布线基板1上形成于与常模扼流线圈21的中空部分重叠的位置。
固定部件5以及机架地线部6(电极部)具备与实施方式1的基板型噪声滤波器100中的固定部件5以及机架地线部6分别同样的结构即可。即,机架地线部6中形成有设置为能够插入固定部件5的第2贯通孔。通过固定部件5被插入到上述第1贯通孔、第2贯通孔以及形成于框体11的第3贯通孔并被紧固,从而机架地线部6与框体11经由固定部件5电连接。此时,固定部件5设置成在被固定于印刷布线基板1时与常模扼流线圈21的扼流线圈21b的间隔为在标准中规定的绝缘距离以上。机架地线部6与第2输入端子连接。
由此,固定部件5以及机架地线部6接地到机架地线,并且在常模扼流线圈21的扼流线圈21b与固定部件5(或者机架地线部6)之间形成与它们之间的距离(导体间距离)成反比例的寄生电容(介电常数×面积/导体间距离)。该寄生电容能够在针对常模噪声的滤波器电路中作为线旁路电容器发挥作用。也就是说,在基板型噪声滤波器120,利用该寄生电容和常模扼流线圈21的绕组电感构成多级LC滤波器电路。其结果,基板型噪声滤波器120即使不使用线旁路电容器也具有噪声去除性能。另外,例如适当地选择固定部件5的外径,将上述导体间距离设为满足在标准中规定的绝缘距离的最小距离,从而基板型噪声滤波器120能够具有比以往的噪声滤波器高的噪声去除性能。
在实施方式1~3的基板型噪声滤波器100、110、120中,固定部件5与机架地线部6也可以经由外径比固定部件5大的缓冲部件(垫圈等)连接。构成该缓冲部件的材料为具有导电性的任意的材料即可。该缓冲部件例如为垫圈。
另外,机架地线部6既可以与印刷布线基板1形成为一体,也可以与印刷布线基板1分开地形成,由固定部件5固定于印刷布线基板1。
另外,在实施方式1或者2的基板型噪声滤波器100、110中,也可以在印刷布线基板1上与共模扼流线圈4的中空部分重叠的位置,形成具有与机架地线部6以及布线图案7相同的电位的热通孔(thermal via)(未图示)。在该情况下,该热通孔连接于用于插入固定部件5的第1贯通孔。如果这样做,则在共模扼流线圈4由于导通损耗而发热的情况下,也能够使该热经由热通孔以及固定部件5散热到框体11。
在实施方式1~3的电子设备200、210、220中,整流用二极管桥14、开关电源电路15以及负载16也可以形成于印刷布线基板1上。另外,也可以是整流用二极管桥14、开关电源电路15以及连接器或者端子台形成于印刷布线基板1上,未形成于该印刷布线基板1上的负载16经由该连接器或者端子台连接到开关电源电路15等。
另外,在实施方式1~3的电子设备200、210、220中,固定部件5构成为螺钉,但并不限于此。只要固定部件5能够插入到第1贯通孔、第2贯通孔以及第3贯通孔,且能够将机架地线部6接地到电子设备200的机架地线,则具有任意的结构即可,例如也可以构成为由金属材料构成的凸型的隔件。
如以上对本发明的实施方式进行了说明,但还能够对上述的实施方式进行各种变形。另外,本发明的范围并不限于上述的实施方式。本发明的范围通过权利要求书而示出,意图包含与权利要求书同等的意义以及范围内的全部变更。
工业上的可利用性
本发明特别有利地适用于具备共模扼流线圈或者常模扼流线圈的噪声滤波器。
Claims (4)
1.一种基板型噪声滤波器,具备:
印刷布线基板,形成有布线图案;
共模扼流线圈,安装于所述印刷布线基板,包括具有环形形状的芯和缠绕于所述芯的周围的线圈;
机架地线部,在俯视所述共模扼流线圈的所述环形形状时,在与所述共模扼流线圈的中空部分重叠的位置固定于所述印刷布线基板,设置为能够接地到机架地线;以及
旁路电容器,安装于所述印刷布线基板,具有第1端子和第2端子,所述第1端子与所述机架地线部经由所述布线图案连接,
所述旁路电容器在所述印刷布线基板上配置于所述共模扼流线圈的周围,
所述共模扼流线圈与所述机架地线部隔开能够确保电绝缘的最短距离以上而配置,
连接所述机架地线部与所述旁路电容器的所述第1端子之间的所述布线图案形成为直线状,所述布线图案的长度为所述共模扼流线圈的直径以下。
2.根据权利要求1所述的基板型噪声滤波器,其中,
所述旁路电容器在所述印刷布线基板中位于与安装有所述共模扼流线圈的面相反一侧的面上,安装于所述旁路电容器的至少一部分与所述共模扼流线圈重叠的位置。
3.一种电子设备,
具备权利要求1或者2所述的基板型噪声滤波器,
在所述基板型噪声滤波器中,所述印刷布线基板形成有第1贯通孔,所述机架地线部形成有第2贯通孔,
所述电子设备具备框体,该框体形成有第3贯通孔,该框体由导电性材料构成,
在以使所述第1贯通孔、所述第2贯通孔以及所述第3贯通孔重叠的方式配置的状态下固定部件被紧固于所述第1贯通孔、所述第2贯通孔以及所述第3贯通孔,从而所述印刷布线基板与所述框体被固定,且所述机架地线部接地到机架地线。
4.一种基板型噪声滤波器,具有第1输入端子和第2输入端子,其中,
所述基板型噪声滤波器具备:
印刷布线基板,形成有布线图案;
常模扼流线圈,安装于所述印刷布线基板,且与所述第1输入端子连接,包括具有环形形状的芯和缠绕于所述芯的周围的线圈;以及
电极部,在俯视所述常模扼流线圈的所述环形形状时,在与所述常模扼流线圈的中空部分重叠的位置固定于所述印刷布线基板,且与所述第2输入端子连接,
所述常模扼流线圈与所述电极部隔开间隔配置。
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