JP2005294975A

JP2005294975A - ノイズフィルタ

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Publication number: JP2005294975A
Application number: JP2004103682A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hayafuku; 敏明早福; Kenji Kamoi; 健司鴨居
Original assignee: TDK Lambda Corp
Current assignee: TDK Lambda Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】コモンモードノイズを効率良く低減できるノイズフィルタを提供する。
【解決手段】第１のラインバイパスコンデンサ９の他端から、ケース１に接続するスルーホール40ｃに至る第１の導電パターン30と、第２のラインバイパスコンデンサ13の他端から、前記ケース１に接続するスルーホール40ａに至る第２の導電パターン36を、配線基板17にそれぞれ別個に設ける。こうすると、第１または第２のラインバイパスコンデンサ９，13を通過したコモンモードノイズは、それぞれの導電パターン30，36を介してケース１に移動せざるを得なくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コモンモードチョークコイルやラインバイパスコンデンサを配線基板に実装したノイズフィルタに関する。

従来、通信機器等に組み込まれる電子機器（例えばスイッチング電源装置）からのノイズが外部の電源供給部に漏洩し、これに接続する他の機器へ影響を与えることを防いだり、逆に他の機器から電子機器へのノイズの入り込みを防いだりするために、電源供給部と電子機器との間には、コモンモードチョークコイルとラインバイパスコンデンサとをパイ（π）型に接続したノイズフィルタが設けられている。こうしたノイズフィルタは、例えば特許文献１に示すように、箱型ケースの一側に電源ラインの入力端子を配設し、箱型ケースの他側に電源ラインの出力端子および接地端子をそれぞれ配置すると共に、これらの入力端子，出力端子および接地端子を利用して、箱型ケースの内部にコモンモードチョークコイルやラインバイパスコンデンサなどの各回路素子のリード線を空中配線にて接続するようにしている。

一方、ノイズフィルタを構成する各回路素子を、ケース内で空中配線せずにパターン配線基板上に実装し、このパターン配線基板の導電パターンを利用して、各回路素子を電気的に接続する方法も知られている。

図５は従来のノイズフィルタにおける回路図を示すもので、同図において、１はノイズフィルタの外郭をなすフレームグランドとしての金属製のケース、４および５はこのケース１に絶縁した状態で取り付けられる一対の入力端子、７および８は同様にケース１に絶縁した状態で取り付けられる一対の出力端子である。またケース１の内部には、ノイズフィルタの各回路素子、すなわち共通のコア６ａに巻線６ｂ，６ｃを巻装して構成されるコモンモードチョークコイル６と、各巻線６ｂ，６ｃの入力側端子６ｄ，６ｅおよび出力側端子６ｆ，６ｇにそれぞれ一端を接続してなるラインバイパスコンデンサ９，10，13，14が、配線基板17（図６参照）に実装された状態で収容される。

前記一方の入力端子４から出力端子７に至る電源ラインには、コモンモードチョークコイル６を構成する第１の巻線６ｂが接続されると共に、他方の入力端子５から出力端子８に至る電源ラインには、コモンモードチョークコイル６を構成する第２の巻線６ｃが挿入接続される。また、入力端子４に接続する第１の巻線６ｂの入力側端子６ｄと、入力端子５に接続する第２の巻線６ｃの入力側端子６ｅには、それぞれ容量の大きいラインバイパスコンデンサ９，10の一端が接続され、出力端子７に接続する第１の巻線６ｂの出力側端子６ｆと、出力端子８に接続する第２の巻線６ｃの出力側端子６ｇには、それぞれ容量の小さいラインバイパスコンデンサ13，14の一端が接続される。そして、第１の巻線６ｂの入力側および出力側にそれぞれ一端を接続したラインバイパスコンデンサ９，13の他端どうしが、配線基板17に設けられた共通のフレームグランド端子15に繋がって、このフレームグランド端子15と前記ケース１がねじ（図示せず）などにより導通接続される。また、第２の巻線６ｃの入力側および出力側にそれぞれ一端を接続したラインバイパスコンデンサ10，14の他端どうしが、配線基板17に設けられた別な共通のフレームグランド端子16に繋がって、このフレームグランド端子16とケース１もねじ（図示せず）などにより導通接続される。

図６は、上記図５のノイズフィルタにおける配線基板17の平面図である。配線基板17は周知のように、基板の表面に後述の導電パターン27，31，34，36，37，39，41，42を印刷形成して構成される。また、部品基板17の上面には、各部品の実装位置を識別するためのシルク表示部18〜22が印刷形成される。ここで、シルク表示部18はラインバイパスコンデンサ９の実装位置を示し、シルク表示部19はラインバイパスコンデンサ10の実装位置を示し、シルク表示部20はコモンモードチョークコイル６の実装位置を示し、シルク表示部21はラインバイパスコンデンサ13の実装位置を示し、さらにシルク表示部22はラインバイパスコンデンサ14の実装位置を示している。

23，24は入力端子４，５をはんだ付け固定するためのスルーホールで、また25，26は出力端子７，８をそれぞれはんだ付け固定するためのスルーホールである。その他、28ａ，28ｂ，28ｃ，28ｄは、コモンモードチョークコイル６の入力側端子６ｄ，６ｅと、出力側端子６ｆ，６ｇをそれぞれはんだ付け固定するためのスルーホールであり、29ａ，29ｂはラインバイパスコンデンサ９の一端と他端をそれぞれはんだ付け固定するスルーホールであり、32ａ，32ｂはラインバイパスコンデンサ10の一端と他端をそれぞれはんだ付け固定するスルーホールであり、35ａ，35ｂはラインバイパスコンデンサ13の一端と他端をそれぞれはんだ付け固定するスルーホールであり、38ａ，38ｂはラインバイパスコンデンサ14の一端と他端をそれぞれはんだ付け固定するスルーホールである。

27は、入力端子４からコモンモードチョークコイル６の入力側端子６ｄに至る一方の電源ラインを形成する銅箔等の導電パターンで、この導電パターン27には前記スルーホール23，28ａ，29ａが設けられる。31は、入力端子５からコモンモードチョークコイル６の入力側端子６ｅに至る他方の電源ラインを形成する導電パターンで、この導電パターン31にはスルーホール24，28ｂ，32ａが設けられる。34は、コモンモードチョークコイル６の出力側端子６ｆから出力端子７に至る一方の電源ラインを形成する導電パターンで、この導電パターン34にはスルーホール25，28ｃ，35ａが設けられる。37は、コモンモードチョークコイル６の出力側端子６ｇから出力端子８に至る他方の電源ラインを形成する導電パターンで、この導電パターン37にはスルーホール26，28ｄ，38ａが設けられる。

36は、ラインバイパスコンデンサ９，13の他端をフレームグランド端子15であるねじが挿通可能なスルーホール40ａに接続する導電パターンであり、この導電パターン36にはスルーホール40ａの他に、スルーホール29ｂ，35ｂが設けられる。さらに39は、ラインバイパスコンデンサ10，14の他端をフレームグランド端子16であるねじが挿通可能なスルーホール40ｂに接続する導電パターンであり、この導電パターン39にはスルーホール40ｂの他に、スルーホール32ｂ，38ｂが設けられる。その他、配線基板17にはねじが挿通可能なスルーホール40ｃを設けたベタ導電パターン41と、同じくねじが挿通可能なスルーホール40ｄを設けたベタ導電パターン42が形成されるが、これらのものはノイズフィルタの回路素子と電気的に接続するものではなく、配線基板17をケース１にねじ止め固定した際に接地するようになっている。

そして製造に際しては、配線基板17上に識別表示されたシルク表示部18〜22を参照して、コモンモードチョークコイル６の入力側端子６ｄ，６ｅと出力側端子６ｆ，６ｇを、それぞれスルーホール28ａ〜28ｄに挿入し、かつラインバイパスコンデンサ９，10，13，14の一端と他端を、スルーホール29ａ，29ｂと、スルーホール32ａ，32ｂと、スルーホール35ａ，35ｂと、スルーホール38ａ，38ｂにそれぞれ挿入する。また、入力端子４，５をスルーホール23，24に挿入し、出力端子７，８をスルーホール25，26に挿入し、ねじ挿通用のスルーホール40ａ〜40ｄを除く各スルーホール23，24，25，26，28ａ〜28ｄ，29ａ，29ｂ，32ａ，32ｂ，35ａ，35ｂ，38ａ，38ｂにはんだを流し込む。これにより、コモンモードチョークコイル６やラインバイパスコンデンサ９，10，13，14、および入力端子４，５や出力端子６，７と配線基板17との電気的接続が図られる。後は、ねじ挿通用のスルーホール40ａ〜40ｄにねじを挿通して、はんだ接続済みの配線基板17をケース１に取付け固定することで、ノイズフィルタとしての組立てが終了すると共に、フレームグランド端子15，16がケース１に接地される。

上記構成のノイズフィルタ回路の作用を図５に基づき説明すると、コモンモードチョークコイル６の入力側において、電源ラインとグランド間に生じる高域のコモンモードノイズが、ラインバイパスコンデンサ９，10により除去され、また、コモンモードチョークコイル６の出力側においても、電源ラインとグランド間に生じる高域のコモンモードノイズが、ラインバイパスコンデンサ13，14により除去される。さらにコモンモードチョークコイル６は、ノーマルモード電流に対して磁束が打ち消されインピーダンスが発生しない。しかし、コモンモード電流に対しては磁束が足し合わされるため、インピーダンスが発生し、減衰作用を持ち、雑音端子電圧を低減させる効果を持つ。
特開平７−２７２９４２号公報

上記構成においては、コモンモードチョークコイル６の前後に設けられるラインバイパスコンデンサ９，13（またはラインバイパスコンデンサ10，14）の他端を、同じフレームグランド端子15に接続することで、配線基板17における導電パターン36の共通化を図れると共に、単独のねじでケース１への接地を行なうことができる。しかし、ラインバイパスコンデンサ９，13の他端を一点で接地した場合、図７に示すように、出力端子７，８に接続する電子機器（例えばスイッチング電源装置）をノイズ源として、ここからのコモンモードノイズＮがノイズフィルタに侵入すると、コモンモードチョークコイル６の後段にあるラインバイパスコンデンサ13を通過したノイズ成分は、共通の導電パターン36からフレームグランド端子15に至る接地抵抗43よりもインピーダンスの低いコモンモードチョークコイル６の前段にあるラインバイパスコンデンサ９を通過して、入力端子４，５に接続する外部の電源供給部（図示せず）へ漏洩する。

特に、入力端子４，５から直流電圧が供給されるノイズフィルタでは、リーク電流が流れないため、大きな容量のコンデンサを付けられる。また、入力側のラインバイパスコンデンサ９，10と出力側のラインバイパスコンデンサ13，14の容量が異なる場合もある。そのため、接地抵抗43や出力側ラインバイパスコンデンサ13，14のインピーダンスに対し、入力側のラインバイパスコンデンサ９，10のインピーダンスが小さくなり易く、ノイズフィルタによりコモンモードノイズＮを有効に減衰できない問題が顕著に発生する。

本願発明は上記問題点に鑑み、ラインバイパスコンデンサのインピーダンスを考慮しなくても、ラインバイパスコンデンサを通過したコモンモードノイズをフレームグランドに確実に逃がして、コモンモードノイズの低減を図ることができるノイズフィルタを提供することをその目的とする。

本発明における好ましいノイズフィルタは、上記目的を達成するために、電源ラインに挿入接続されるコモンモードチョークコイルと、前記コモンモードチョークコイルの一側に一端を接続した第１のラインバイパスコンデンサと、前記コモンモードチョークコイルの他側に一端を接続した第２のラインバイパスコンデンサとを配線基板に実装してなるノイズフィルタにおいて、前記第１のラインバイパスコンデンサの他端からフレームグランドに接続する第１の接続部に至る第１の導電パターンと、前記第２のラインバイパスコンデンサの他端から前記フレームグランドに接続する第２の接続部に至る第２の導電パターンを、前記配線基板にそれぞれ別個に設けて構成される。

上記構成により、コモンモードチョークコイルの一側に配置される第１のラインバイパスコンデンサと、コモンモードチョークコイルの他側に配置される第２のラインバイパスコンデンサが、配線基板にそれぞれ設けられた第１の導電パターンと第２の導電パターンにより、フレームグランドに別個に接地されるので、第１または第２のラインバイパスコンデンサを通過したコモンモードノイズは、それぞれの導電パターンを介してフレームグランドに移動せざるを得なくなる。したがって、第１および第２のラインバイパスコンデンサのインピーダンスを考慮しなくても、配線基板のパターン配線を僅かに変更するだけで、ラインバイパスコンデンサを通過したコモンモードノイズをフレームグランドに確実に逃がして、コモンモードノイズの低減を図ることができる。

本発明のノイズフィルタによれば、ラインバイパスコンデンサのインピーダンスを考慮しなくても、配線基板のパターン配線を僅かに変更するだけで、ラインバイパスコンデンサを通過したコモンモードノイズをフレームグランドに確実に逃がして、コモンモードノイズの低減を図ることが可能になる。

以下、本発明の好ましいノイズフィルタ基板のパターン設計について、図１および図２を参照して説明する。尚、図５〜図７の従来例と構成が重複するものについては同一の符号を付し、共通する部分の説明を極力省略する。

先ず、ノイズフィルタの回路図を図１に示すと、ここでは各ラインバイパスコンデンサ９，10，13，14における他端の接続が、従来例で示すものと異なっている。すなわち、コモンモードチョークコイル６の入力側端子６ｄに一端を接続したラインバイパスコンデンサ９の他端が、配線基板17に設けられた第１の接続部であるフレームグランド端子11に接続される一方で、コモンモードチョークコイル６の出力側端子６ｆに一端を接続したラインバイパスコンデンサ13の他端は、配線基板17に別に設けられる第２の接続部としてのフレームグランド端子15に接続される。同様に、コモンモードチョークコイル６の入力側端子６ｅに一端を接続したラインバイパスコンデンサ10の他端が、配線基板17に設けられた第１の接続部であるフレームグランド端子12に接続される一方で、コモンモードチョークコイル６の出力側端子６ｇに一端を接続したラインバイパスコンデンサ14の他端は、配線基板17に別に設けられる第２の接続部としてのフレームグランド端子16に接続される。このように配線基板17には、ラインバイパスコンデンサ９，10，13，14の他端が接続される別個のフレームグランド端子11，12，15，16がそれぞれ設けられる。なお、その他の構成は図６に示すものと共通している。

図２は、上記図１のノイズフィルタにおける配線基板17の平面図である。同図において、シルク表示部18〜22は、従来例のものと同様に、ラインバイパスコンデンサ９の実装位置と、ラインバイパスコンデンサ10の実装位置と、コモンモードチョークコイル６の実装位置と、ラインバイパスコンデンサ13の実装位置と、ラインバイパスコンデンサ14の実装位置をそれぞれ示している。一方、本実施例では、従来例におけるベタ導電パターン41，42に代わって、ねじが挿通可能なスルーホール40ｃを設けた導電パターン30と、同じくねじが挿通可能なスルーホール40ｄを設けた導電パターン33がそれぞれ配設される。ここで、各フレームグランド端子11，12，15，16は、スルーホール40ａ〜40ｄに相当する。

各導電パターン27，30，31，33，34，36，37，39について着目すると、導電パターン27は、入力端子４からコモンモードチョークコイル６の入力側端子６ｄに至る一方の電源ラインを形成するもので、ここには入力端子４を接続するためのスルーホール23と、コモンモードチョークコイル６の入力側端子６ｄを接続するためのスルーホール28ａと、ラインバイパスコンデンサ９の一端を接続するためのスルーホール29ａが設けられる。また導電パターン31は、入力端子５からコモンモードチョークコイル６の入力側端子６ｅに至る他方の電源ラインを形成するもので、ここには入力端子５を接続するためのスルーホール24と、コモンモードチョークコイル６の入力側端子６ｅを接続するためのスルーホール28ｂと、ラインバイパスコンデンサ10の一端を接続するためのスルーホール32ａが設けられる。導電パターン34は、コモンモードチョークコイル６の出力側端子６ｆから出力端子７に至る一方の電源ラインを形成するもので、ここには出力端子７を接続するためのスルーホール25と、コモンモードチョークコイル６の出力側端子６ｆを接続するためのスルーホール28ｃと、ラインバイパスコンデンサ13の一端を接続するためのスルーホール35ａが設けられる。さらに導電パターン37は、コモンモードチョークコイル６の出力側端子６ｇから出力端子８に至る他方の電源ラインを形成するもので、ここには出力端子８を接続するためのスルーホール26と、コモンモードチョークコイル６の出力側端子６ｇを接続するためのスルーホール28ｄと、ラインバイパスコンデンサ14の一端を接続するためのスルーホール38ａが設けられる。このように、ラインバイパスコンデンサ９，10，13，14の一端がそれぞれ接続される導電パターン27，31，34，37については、従来例とその構成が共通している。

一方、本実施例では、ラインバイパスコンデンサ９の他端を接続するためのスルーホール29ｂと、フレームグランドであるケース１への接続用のスルーホール40ｃとを設けた導電パターン30が、ラインバイパスコンデンサ13の他端を接続するためのスルーホール35ｂと、ケース１への接続用のスルーホール40ａとを設けた導電パターン36と別々に配線基板17上に設けられる。同様に、ラインバイパスコンデンサ10の他端を接続するためのスルーホール32ｂと、フレームグランドであるケース１への接続用のスルーホール40ｄとを設けた導電パターン33が、ラインバイパスコンデンサ14の他端を接続するためのスルーホール38ｂと、ケース１への接続用のスルーホール40ｂとを設けた導電パターン39と別々に配線基板17上に設けられる。

そして製造に際しては、配線基板17上に識別表示されたシルク表示部18〜22を参照して、コモンモードチョークコイル６の入力側端子６ｄ，６ｅと出力側端子６ｆ，６ｇを、それぞれスルーホール28ａ〜28ｄに挿入し、かつラインバイパスコンデンサ９，10，13，14の一端と他端を、スルーホール29ａ，29ｂと、スルーホール32ａ，32ｂと、スルーホール35ａ，35ｂと、スルーホール38ａ，38ｂにそれぞれ挿入する。また、入力端子４，５をスルーホール23，24に挿入し、出力端子７，８をスルーホール25，26に挿入し、ねじ挿通用のスルーホール40ａ〜40ｄを除く各スルーホール23，24，25，26，28ａ〜28ｄ，29ａ，29ｂ，32ａ，32ｂ，35ａ，35ｂ，38ａ，38ｂにはんだを流し込む。これにより、コモンモードチョークコイル６やラインバイパスコンデンサ９，10，13，14、および入力端子４，５や出力端子７，８と配線基板17との電気的接続が図られる。後は、ねじ挿通用のスルーホール40ａ〜40ｄにねじを挿通して、はんだ接続済みの配線基板17をケース１に取付け固定することで、ノイズフィルタとしての組立てが終了すると共に、図１に示す各フレームグランド端子11，12，15，16がケース１に接地される。

上記構成のノイズフィルタ回路の作用を説明すると、コモンモードチョークコイル６の入力側において、電源ラインとグランド間に生じる高域のコモンモードノイズが、ラインバイパスコンデンサ９，10により除去される。また、コモンモードチョークコイル６の出力側においても、電源ラインとグランド間に生じる高域のコモンモードノイズが、ラインバイパスコンデンサ13，14により除去される。さらに、電源ラインとグランド間に生じるコモンモードノイズに対して、コモンモードチョークコイル６にインピーダンスが発生するため、このコモンモードノイズがコモンモードチョークコイル６により減衰除去される。以上の作用は、従来例に示すノイズフィルタと共通している。

また、例えば出力端子７，８に接続する電子機器（例えばスイッチング電源装置）をノイズ源として、ここからコモンモードノイズがノイズフィルタに侵入すると、コモンモードチョークコイル６の後段にあるラインバイパスコンデンサ13を通過したノイズ成分は、このラインバイパスコンデンサ13の他端に接続したスルーホール35ｂから導電パターン36に至り、ここでスルーホール35ｂ以外の唯一の接続部であるスルーホール40ａを通過して、フレームグランドであるケース１から電子機器側に戻される。そのため、ラインバイパスコンデンサ13を通過したノイズ成分が、導電パターン36から別のラインに侵入することはなく、配線基板17のパターン配線を僅かに変更しただけで、コモンモードノイズの外部への漏洩を確実に防止できる。なお、こうした作用は、他のラインバイパスコンデンサ９，10，14を通過するノイズ成分に対しても同様である。

図３は、本実施例のノイズフィルタにおける周波数と雑音端子電圧との関係を示す波形図である。また比較のために、従来のノイズフィルタにおける周波数と雑音端子電圧との関係を図４に示す。これらの各図からも明らかなように、とりわけ０．５ＭＨｚ〜５ＭＨｚの帯域において、従来例のノイズフィルタでは６０ｄＢμＶを超える雑音端子電圧が観測されていたものの、本実施例のノイズフィルタでは雑音端子電圧が６０ｄＢμＶ以下に低減されていることが分かる。

以上のように本実施例では、電源ラインに挿入接続されるコモンモードチョークコイル６と、コモンモードチョークコイル６の一側に一端を接続した第１のラインバイパスコンデンサ９（またはラインバイパスコンデンサ10）と、コモンモードチョークコイル６の他側に一端を接続した第２のラインバイパスコンデンサ13（またはラインバイパスコンデンサ14）とを配線基板17に実装してなるノイズフィルタにおいて、第１のラインバイパスコンデンサ９の他端から、フレームグランドであるケース１に接続する第１の接続部としてのスルーホール40ｃ（またはスルーホール40ｄ）に至る第１の導電パターン30（または導電パターン33）と、第２のラインバイパスコンデンサ13の他端から、前記ケース１に接続する第２の接続部としてのスルーホール40ａ（またはスルーホール40ｂ）に至る第２の導電パターン36（または導電パターン39）を、配線基板17にそれぞれ別個に設けている。

この場合、コモンモードチョークコイル６の一側に配置される第１のラインバイパスコンデンサ９と、コモンモードチョークコイル６の他側に配置される第２のラインバイパスコンデンサ13が、配線基板17にそれぞれ設けられた第１の導電パターン30と第２の導電パターン36により、フレームグランドであるケース１に別個に接地されるので、第１または第２のラインバイパスコンデンサ９，13を通過したコモンモードノイズは、それぞれの導電パターン30，36を介してケース１に移動せざるを得なくなる。したがって、第１および第２のラインバイパスコンデンサのインピーダンスを考慮しなくても、配線基板17のパターン配線を僅かに変更するだけで、ラインバイパスコンデンサ９，13を通過したコモンモードノイズをケース１に確実に逃がして、コモンモードノイズの低減を図ることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば配線基板上における各導電パターンの配置は、実施例中のものに限定されず、コモンモードチョークコイルやラインバイパスコンデンサの形状などを考慮して、適宜変更してよい。

本発明の好ましい一実施例におけるノイズノイズフィルタの回路図である。同上、図１のノイズフィルタで使用する配線基板の部分平面図である。本実施例のノイズフィルタにおける周波数と雑音端子電圧との関係を示す波形図である。従来例のノイズフィルタにおける周波数と雑音端子電圧との関係を示す波形図である。従来例を示すノイズフィルタの回路図である。同上、図５のノイズフィルタで使用する配線基板の部分平面図である。同上、コモンモードノイズの伝播状態を示す概略説明図である。

符号の説明

１ケース（フレームグランド）
６コモンモードチョークコイル
９，13 ラインバイパスコンデンサ（第１のラインバイパスコンデンサ）
10，14 ラインバイパスコンデンサ（第２のラインバイパスコンデンサ）
17 配線基板
30，33 導電パターン（第１の導電パターン）
36，39 導電パターン（第２の導電パターン）
40ａ，40ｂスルーホール（第２の接続部）
40ｃ，40ｄスルーホール（第１の接続部）

Claims

電源ラインに挿入接続されるコモンモードチョークコイルと、前記コモンモードチョークコイルの一側に一端を接続した第１のラインバイパスコンデンサと、前記コモンモードチョークコイルの他側に一端を接続した第２のラインバイパスコンデンサとを配線基板に実装してなるノイズフィルタにおいて、
前記第１のラインバイパスコンデンサの他端からフレームグランドに接続する第１の接続部に至る第１の導電パターンと、前記第２のラインバイパスコンデンサの他端から前記フレームグランドに接続する第２の接続部に至る第２の導電パターンを、前記配線基板にそれぞれ別個に設けたことを特徴とするノイズフィルタ。