CN116235397A - 噪声滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及噪声滤波器。噪声滤波器(40)设置在以第一频率进行开关动作的DC/AC逆变器(20)与以比第一频率高的第二频率进行开关动作的DC/DC转换器(50)之间。噪声滤波器(40)具备电容器(82)、和共模扼流线圈(70)。共模扼流线圈(70)具备芯部、和卷绕在芯部的第一绕组(72)及第二绕组(73)。共模扼流线圈(70)具有即使在芯部磁饱和的情况下，噪声滤波器(40)的谐振频率也比第一频率大且比第二频率小的电感。

Description

噪声滤波器
技术领域
本发明涉及噪声滤波器。
背景技术
作为噪声滤波器，例如记载于专利文献1。专利文献1所记载的噪声滤波器连接在第一电力转换装置与第二电力转换装置之间。噪声滤波器具备电容器和共模扼流线圈。共模扼流线圈具备芯部、第一绕组以及第二绕组。另外，共模扼流线圈具有漏电感。噪声滤波器减少传导噪声。传导噪声中包含常模噪声以及共模噪声。共模扼流线圈主要用于共模噪声的减少，但具备作为漏电感的常模电感，所以对常模噪声的减少也有效。
专利文献1：日本特开2017-188681号公报
然而，芯部有时会引起磁饱和。在芯部磁饱和的状态下，芯部的导磁率降低。伴随于此，共模扼流线圈的常模电感降低。共模扼流线圈的常模电感降低，由此噪声滤波器的谐振频率上升。在传递给噪声滤波器的常模噪声与噪声滤波器的谐振频率一致的情况下，在噪声滤波器内产生谐振。在该情况下，可能产生噪声的谐振向与噪声滤波器连接的设备传递这样的问题。为了防止噪声滤波器的谐振，有时另外设置常模线圈。然而，由于另外设置常模线圈而产生噪声滤波器的体积变大这样的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现小型化的噪声滤波器。
解决上述课题的噪声滤波器是设置在以第一频率进行开关动作的第一电力转换装置与以比上述第一频率高的第二频率进行开关动作的第二电力转换装置之间，具备电容器；以及共模扼流线圈的噪声滤波器，上述共模扼流线圈具备：芯部；以及卷绕在上述芯部的第一绕组以及第二绕组，上述共模扼流线圈具有上述芯部磁饱和时的上述噪声滤波器的谐振频率大于上述第一频率且小于上述第二频率的电感。
由此，即使在共模扼流线圈磁饱和的情况下，噪声滤波器的谐振频率也大于第一频率且小于第二频率。因此，不用对噪声滤波器另外设置常模线圈，就能够抑制噪声滤波器的谐振频率与第一频率以及第二频率一致的情况。因此，能够实现噪声滤波器的小型化。
关于上述噪声滤波器，优选上述第一绕组以及上述第二绕组是扁绕绕组。
关于上述噪声滤波器，优选上述第一电力转换装置是DC/AC逆变器，上述第二电力转换装置是DC/DC转换器，该噪声滤波器设置在上述DC/DC转换器的输入端与连接于外部电源的充电端子之间。
根据本发明，能够实现噪声滤波器的小型化。
附图说明
图1是使用实施方式的噪声滤波器的系统的电路整体的简图。
图2是实施方式的噪声滤波器的电路图。
图3是共模扼流线圈的主视图。
图4是共模扼流线圈的侧视图。
图5是表示共模扼流线圈的重叠电流特性的图。
具体实施方式
以下，根据图1～图5来说明噪声滤波器的一实施方式。本实施方式的噪声滤波器例如用于电动车、混合动力汽车那样的车辆。
如图1所示，车辆Ve具备启动开关S、电源线10、电池B、作为第一电力转换装置的DC/AC逆变器20、行驶用马达M、充电端子30、充电开关31、噪声滤波器40、作为第二电力转换装置的DC/DC转换器50以及负载60。车辆Ve例如是通过行驶用马达M行驶的电动车、混合动力汽车。
启动开关S是用于切换车辆Ve的启动状态和停止状态的开关。启动开关S例如由车辆Ve的搭乘者操作。启动状态是能够进行车辆Ve的行驶的状态。停止状态是不能进行车辆Ve的行驶的状态。启动开关S有时也被称为点火开关、系统启动开关等。启动状态有时也被称为点火开启，停止状态有时也被称为点火关闭。
电源线10是向车辆Ve的电气系统供给电力的部件。电源线10具备高压线11和低压线12。
电池B例如是标称电压为200V的电池。电池B成为向行驶用马达M、负载60等车载电气设备供给电力的电力源。电池B例如可举出连接多个锂离子蓄电池等能够充放电的蓄电装置的电池。
电池B的正极与高压线11连接。
电池B的负极与低压线12连接。
DC/AC逆变器20与电源线10连接。DC/AC逆变器20经由电源线10被输入电池B的直流电压。DC/AC逆变器20具备开关元件21。DC/AC逆变器20在车辆Ve为启动状态的情况下，通过DC/AC逆变器20的开关元件21进行开关动作，将从电池B供给的直流电转换为交流电并输出。DC/AC逆变器20例如通过脉冲宽度调制(PWM)进行电力的转换。在脉冲宽度调制中，例如有以三角波为载波的三角波比较方式。DC/AC逆变器20的开关元件21以第一频率f1进行开关动作。本实施方式中的第一频率f1是DC/AC逆变器20的开关元件21的开关频率。第一频率f1例如是10[kHz]。DC/AC逆变器20通过开关元件21的开关动作，产生以第一频率f1为主要成分的传导噪声。从DC/AC逆变器20产生的传导噪声向电源线10传播。
行驶用马达M是驱动车辆Ve的车轮的动力源。行驶用马达M由DC/AC逆变器20输出的电力而驱动。行驶用马达M例如使用三相交流马达。
充电端子30是用于从外部电源100向车辆Ve供给电力的端子。充电端子30与外部电源100连接。外部电源100只要是输出直流电压的电源就可以是任意的，例如具备商用电源101和充电用AC/DC转换器102。商用电源101是经由配电盘向多个用户设备供给交流电的系统电源。在本实施方式中，商用电源101的交流电被向充电用AC/DC转换器102供给。即、充电用AC/DC转换器102也可以说是用户设备之一。
充电用AC/DC转换器102将所输入的交流电压转换为直流电压并输出。充电用AC/DC转换器102输出的直流电压经由充电端子30被向电池B供给。即、外部电源100作为对电池B进行充电的充电装置发挥功能。在车辆Ve与外部电源100连接的情况下，车辆Ve处于停止状态。以下，将外部电源100对电池B进行充电的状态称为充电状态。
充电开关31是切换充电端子30与电源线10的连接状态的开关。充电开关31与电源线10连接。另外，充电开关31设置在充电端子30与电源线10之间。在充电开关接通时，充电端子30与电源线10导通。在充电开关31断开时，充电端子30与电源线10被绝缘。充电开关31在外部电源100向车辆Ve供给电力时接通。在充电开关31中，例如可举出继电器开关，但也可以使用MOSFET、IGBT等任意开关。
噪声滤波器40是用于减少通过噪声滤波器40的传导噪声的滤波电路。噪声滤波器40与电源线10连接。噪声滤波器40的详细内容将在后述。
DC/DC转换器50具备开关元件51、输入端52以及输出端53。DC/DC转换器50的开关元件51以第二频率f2进行开关动作。即、本实施方式的第二频率f2是开关元件51的开关频率。第二频率f2大于第一频率f1，例如是170kHz。
DC/DC转换器50的输入端52经由噪声滤波器40与电源线10连接。在电源线10连接有DC/AC逆变器20。因此，也可以说噪声滤波器40设置在DC/AC逆变器20与DC/DC转换器50之间。另外，在电源线10设置有充电端子30。因此，也可以说噪声滤波器40设置在DC/DC转换器50的输入端52与设置于外部电源100的充电端子30之间。
DC/DC转换器50通过DC/DC转换器50的开关元件51的开关动作将输入到DC/DC转换器50的输入端52的电压降压并输出。DC/DC转换器50的输出端53的输出电压例如是12V。由于DC/DC转换器50的开关元件51的开关动作，而从DC/DC转换器50的输入端52产生以第二频率f2为主要成分的传导噪声。
负载60是搭载于车辆Ve的电子部品。负载60例如可举出照明、音频等。负载60由从DC/DC转换器50的输出端53输出的直流电压驱动。负载60的驱动电压例如是12V。
以下，对噪声滤波器40的详细内容进行说明。
如图2所示，噪声滤波器40具备共模扼流线圈70、第一旁路电容器80、第二旁路电容器81以及电容器82。
如图2～图4所示，共模扼流线圈70具备芯部71、第一绕组72以及第二绕组73。
芯部71例如由铁氧体芯部那样的强磁性体形成。在本实施方式中，芯部71形成为环状。在该说明中使用的“环状”这样的用语有时是指形成环的任意的构造，或者无端部的连续形状以及具有C字形那样的间隙的一般的环形状的构造。在“环状”的形状中包含圆形、椭圆形、以及尖的或者具有圆角的多边形，但并不限于此。
第一绕组72卷绕在芯部71。第一绕组72的第一端与高压线11连接。
第二绕组73卷绕在芯部71。第二绕组73的第一端与低压线12连接。
第一绕组72以及第二绕组73卷绕在芯部71，以便在同一方向的电流亦即共模电流向第一绕组72以及第二绕组73流动的情况下，产生相互加强的磁通，另一方面，在相互相反方向的电流亦即常模电流向第一绕组72以及第二绕组73流动的情况下，产生相互抵消的磁通。
共模扼流线圈70在常模电流流过第一绕组72以及第二绕组73的情况下，产生漏磁通。因此，芯部71不磁饱和时的共模扼流线圈70能够视为具有假想常模线圈L1，该假想常模线圈L1具有作为漏电感的常模电感La。假想常模线圈L1由具有作为第一绕组72的漏电感的常模电感的第一假想常模线圈L11、以及具有作为第二绕组73的漏电感的常模电感的第二假想常模线圈L12构成。第一假想常模线圈L11与第一绕组72的第一端串联连接。第二假想常模线圈L12与第二绕组73的第一端串联连接。
如图2所示，第一旁路电容器80与第二旁路电容器81相互串联连接。第一旁路电容器80与第二旁路电容器81之间被接地。第一旁路电容器80与第二旁路电容器81构成串联连接体C1。串联连接体C1的第一端与第一绕组72的第二端连接。串联连接体C1的第二端与第二绕组73的第二端连接。
电容器82的第一端与第一绕组72的第二端连接。电容器82的第二端与第二绕组73的第二端连接。即、电容器82与串联连接体C1并联连接。
本实施方式的噪声滤波器40从电源线10朝向DC/DC转换器50的输入端52依次具有共模扼流线圈70、串联连接体C1、电容器82。
噪声滤波器40通过共模扼流线圈70和串联连接体C1，作为针对共模电流的低通滤波电路发挥功能。另外，噪声滤波器40通过假想常模线圈L1和电容器82也作为针对常模电流的低通滤波电路发挥功能。即、噪声滤波器40同时减少共模噪声和常模噪声。
然而，在充电状态下，外部电源100经由充电端子30向DC/DC转换器50的输入端52供给电力。向DC/DC转换器50的输入端52供给的电力被从DC/DC转换器50的输出端53朝向负载60输出。因此，在充电状态下，从DC/DC转换器50的输入端52产生的传导噪声经由噪声滤波器40向电源线10传播。传播到电源线10的传导噪声经由充电端子30向外部电源100传播。传播到外部电源100的传导噪声有可能经由配电盘向其它用户设备传播。在这样的情况下，从车辆Ve向外部电源100传播的传导噪声的强度需要低于由规定的规格、例如ECEregulation 10等决定的规定的基准值。
这里，向共模扼流线圈70流动的电流具有从电池B或者外部电源100供给的直流电流成分、和从DC/DC转换器50产生的交流电流成分。交流电流成分包含从DC/DC转换器50产生的传导噪声。该直流电流成分对芯部71进行励磁。以下，将该直流电流成分称为直流重叠电流Idc。
图5是表示本实施方式中的共模扼流线圈70的直流重叠特性X。此外，本实施方式的直流重叠特性是指向共模扼流线圈流动的直流重叠电流Idc与共模扼流线圈的常模电感的关系。
如图2～图5所示，若向共模扼流线圈70流动一定以上的直流重叠电流Idc，则芯部71产生磁饱和。由此，失去第一绕组72与第二绕组73之间的经由芯部71的磁耦合。另外，芯部71的导磁率减少到与空芯线圈的导磁率相同的程度。以下，将共模扼流线圈70的常模电感开始减少的直流重叠电流Idc的值称为磁饱和允许电流Isat1。另外，将直流重叠电流Idc是磁饱和允许电流Isat1时的共模扼流线圈70的常模电感称为临界电感Lb。
若直流重叠电流Idc超过磁饱和允许电流Isat1，则常模电感从临界电感Lb开始减少，收敛到一定的残留电感Lc。以下，将从临界电感Lb到残留电感Lc之间的电感称为电感Ld。若常模电感减少，则噪声滤波器40的噪声去除性能降低。
负载60无论在车辆Ve是行驶状态还是充电状态都被驱动。因此，无论车辆Ve是行驶状态还是充电状态，电池B或者外部电源100都需要向DC/DC转换器50供给电力。在行驶状态下驱动负载60所需的电力大于充电状态。因此，充电时最大电流Idc1小于行驶时最大电流Idc2。此外，充电时最大电流Idc1是充电状态下的直流重叠电流Idc的最大值。另外，行驶时最大电流是行驶状态下的直流重叠电流Idc的最大值。
本实施方式的噪声滤波器40是用于抑制从DC/DC转换器50向外部电源100传播传导噪声的部件。在本实施方式中，传导噪声有可能传播到外部电源100是车辆Ve处于充电状态的情况。换言之，在车辆Ve为行驶状态的情况下，也可以使噪声滤波器40的噪声减少功能低于充电状态的噪声减少功能。
因此，本实施方式的芯部71设计为共模扼流线圈70的磁饱和允许电流Isat1大于充电时最大电流Idc1且小于行驶时最大电流Idc2。
另一方面，若芯部71磁饱和，则共模扼流线圈70的常模电感从临界电感Lb开始减少，收敛为一定的残留电感Lc。
由共模扼流线圈70的常模电感和电容器82的容量决定的谐振频率f0若因常模电感的减少而与第二频率f2接近，则噪声滤波器40有可能因DC/DC转换器50的传导噪声而谐振。
因此，共模扼流线圈70的电感Ld设定为谐振频率f0大于第一频率f1且小于第二频率f2的值。具体而言，第一绕组72的种类以及第二绕组73的种类是扁绕绕组，第一绕组72的电感的匝数和第二绕组73的电感的匝数设定为比成为谐振频率f0大于第一频率f1且小于第二频率f2的值。
对本实施方式的作用进行说明。
如图5的本实施方式的共模扼流线圈70的直流重叠特性X所示，本实施方式的共模扼流线圈70的充电时最大电流Idc1比磁饱和允许电流Isat1小。因此，在充电状态下，芯部71没有磁饱和。另外，本实施方式的共模扼流线圈70的行驶时最大电流Idc2比磁饱和允许电流Isat1大。因此，在行驶状态下，往往芯部71磁饱和。在芯部71磁饱和的情况下，共模扼流线圈70的常模电感从临界电感Lb开始减少，收敛为一定的残留电感Lc。因此，噪声滤波器40的噪声去除性能减少。然而，即使在芯部71磁饱和的情况下，本实施方式的共模扼流线圈70也设定为噪声滤波器40的谐振频率f0大于第一频率f1且小于第二频率f2的值。即、抑制噪声滤波器40的谐振频率f0与第一频率f1及第二频率f2一致的情况。从DC/DC转换器50产生的传导噪声是以第二频率f2为主要成分的噪声，所以即使在芯部71磁饱和的情况下，由从DC/DC转换器50产生的传导噪声导致的噪声滤波器40的谐振也被抑制。
另一方面，如图5的比较例的共模扼流线圈的重叠电流特性Y所示，比较例的共模扼流线圈的磁饱和允许电流Isat2比行驶时最大电流Idc2大。因此，在充电状态以及行驶状态中的任一个中，比较例的共模扼流线圈的芯部都被设计为不产生磁饱和。然而，为了保持常模电感并且增大磁饱和允许电流，需要增大芯部的体积。
对本实施方式的效果进行说明。
(1)共模扼流线圈70具有成为芯部71磁饱和时的噪声滤波器40的谐振频率f0大于第一频率f1且小于第二频率f2的值的电感Ld。由此，不在噪声滤波器40中另外设置常模线圈，就能够抑制噪声滤波器40因从DC/DC转换器50产生的传导噪声而谐振的情况。因此，能够实现噪声滤波器40的小型化。
(2)共模扼流线圈70的磁饱和允许电流Isat1比充电时最大电流Idc1大，且比行驶时最大电流Idc2小。因此，至少在充电状态下保持噪声滤波器40的噪声去除性能。另外，通过使磁饱和允许电流Isat1比Idc2小，而芯部71的体积变小。由此，能够维持充电状态下的噪声滤波器40的噪声去除性能并且能够实现噪声滤波器40的小型化。
(3)通过对第一绕组72使用扁绕绕组，共模扼流线圈70的每单位体积的电感变大。由此，能够使噪声滤波器40更小型化。
(4)噪声滤波器40设置在DC/DC转换器50的输入端52与充电端子30之间。充电状态下从DC/DC转换器50的输入端52产生的传导噪声被噪声滤波器40降低。在连接外部电源100和车辆Ve的情况下，由车辆Ve产生的传导噪声有可能经由充电端子30从车辆Ve向外部电源100传播。因此，需要设置用于抑制这样的传导噪声的传播的噪声滤波器40。车辆Ve与外部电源100连接的情况是外部电源100进行电池B的充电时、即充电状态时。噪声滤波器40只要在充电状态下发挥噪声去除性能即可。充电时最大电流Idc1比行驶时最大电流Idc2小。共模扼流线圈70只要在充电状态下芯部71不会因直流重叠电流Idc而磁饱和即可，在行驶状态下能够抑制噪声滤波器40的谐振即可。因此，通过如实施方式那样构成DC/DC转换器50的输入端52与充电端子30之间的噪声滤波器40，与即使在行驶状态下芯部71也不产生磁饱和的情况相比，能够使芯部71小型化并且能够抑制传导噪声从能够车辆Ve向外部电源100的传播。由此，能够实现噪声滤波器40的小型化。
各实施方式能够如以下那样改变来实施。各实施方式以及以下的变形例只要在技术上不矛盾的范围内，就能够相互组合来实施。
设置噪声滤波器40的位置并不限于DC/DC转换器50的输入端52与充电端子30之间。例如，也可以连接在DC/DC转换器50的输出端53与负载60之间。由此，能够抑制从DC/DC转换器50向负载60传播的传导噪声。
第一电力转换装置并不限于DC/AC逆变器20，也可以是产生开关噪声的任意设备。
第二电力转换装置并不限于DC/DC转换器50，只要是产生频率比第一电力转换装置高的开关噪声的部件，就可以是任意设备。
第一绕组72以及第二绕组73只要具有成为芯部71磁饱和时的噪声滤波器40的谐振频率f0大于第一频率f1且小于第二频率f2的值的电感Ld，则可以是任意的结构。例如，第一绕组72以及第二绕组73也可以不是扁绕绕组，而是圆形线、矩形线这样的各种绕组。
只要第二绕组73具有与第一绕组72相同的频率特性以及直流电流特性，则第二绕组73的匝数也可以不与第一绕组72的卷数一致。同样，第二绕组73的绕组的种类也可以不与第一绕组72的绕组的种类相同。
芯部71的形状只要能够确保第一绕组72与第二绕组73的磁耦合，则并不限于环状。例如，芯部71的形状也可以是棒状。
芯部71只要能够确保第一绕组72与第二绕组73的磁耦合，则也可以不封闭为环状。例如，芯部71也可以具有间隙。
充电开关31也可以不设置于车辆Ve。例如，也可以设置于外部电源100。
也可以不设置充电端子30。
构成噪声滤波器40的元件的顺序并不限于实施方式，是任意的。
也可以不设置串联连接体C1。
附图标记的说明
20…DC/AC逆变器
30…充电端子
40…噪声滤波器
50…DC/DC转换器
52…输入端
70…共模扼流线圈
71…芯部
72…第一绕组
73…第二绕组
82…电容器
f0…谐振频率
f1…第一频率
f2…第二频率
Ld…电感。

Claims (3)

1.一种噪声滤波器，其设置在以第一频率进行开关动作的第一电力转换装置与以比上述第一频率高的第二频率进行开关动作的第二电力转换装置之间，其具备电容器以及共模扼流线圈，
上述共模扼流线圈具备芯部以及卷绕在上述芯部的第一绕组以及第二绕组，
上述共模扼流线圈具有上述芯部磁饱和时的上述噪声滤波器的谐振频率大于上述第一频率且小于上述第二频率的电感。
2.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其中，
上述第一绕组以及上述第二绕组是扁绕绕组。
3.根据权利要求1或2所述的噪声滤波器，其中，
上述第一电力转换装置是DC/AC逆变器，
上述第二电力转换装置是DC/DC转换器，
该噪声滤波器设置在上述DC/DC转换器的输入端与连接于外部电源的充电端子之间。
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