JP2022113013A

JP2022113013A - electrical equipment

Info

Publication number: JP2022113013A
Application number: JP2021009091A
Authority: JP
Inventors: 昌志岡松; Masashi Okamatsu; 基樹吉田; Motoki Yoshida
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2021-01-22
Filing date: 2021-01-22
Publication date: 2022-08-03

Abstract

To provide electrical equipment with reduced common mode noise generated from switching elements.SOLUTION: Electrical equipment (1) has a printed circuit board on which an inverter section (20) is mounted and a housing (Fg) that accommodates the printed circuit board. The printed circuit board is composed of a multilayer structure including a wiring layer connected to the inverter section (20) and a ground wiring layer (Wg). The ground wiring layer (Wg) and the housing (Fg) are electrically connected at one point, and the housing (Fg) and ground are electrically connected at another connection point.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、インバータ部を備える電気機器に関する。 The present disclosure relates to an electrical device including an inverter section.

近年、太陽光発電システムや蓄電システムが普及してきている。これらの分散型電源システムでは、コンバータとインバータを含むパワーコンディショナが使用される。コンバータやインバータを構成するスイッチング素子がＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で駆動される場合、スイッチング素子から、動作周波数に応じたノイズと、パルスの立ち上がり時または立ち下がり時の急峻な電流変化に起因する２種類のノイズが発生する（図２参照）。 In recent years, photovoltaic power generation systems and power storage systems have become widespread. These distributed power systems use power conditioners that include converters and inverters. When the switching elements that make up a converter or inverter are driven by the PWM (Pulse Width Modulation) method, the switching elements generate noise that depends on the operating frequency and abrupt current changes at the rise or fall of the pulse. Two types of noise are generated (see FIG. 2).

スイッチング素子から発生した高周波ノイズは、スイッチング素子が実装された基板と、筐体アース間の浮遊容量（寄生容量ともいう）を介し、筐体アースを経由してパワーコンディショナの電流ラインに帰還する（例えば、特許文献１参照）。従来、この高周波ノイズに起因するコモンモード電流を、直流電源および系統電源と遮断するために、基板の入力と出力に接続されるハーネスにそれぞれチョークコイルを巻き付けていた（図１参照）。その際、スイッチング素子の動作周波数（例えば、２０ｋＨｚ～４０ｋＨｚ程度）に応じたノイズと、パルスの立ち上がり時または立ち下がり時の急峻な電流変化に起因するノイズ（例えば、１０ＭＨｚ～３０ＭＨｚ程度）の２種類のノイズに対応するため、低域用のチョークコイルと高域用のチョークコイルの２種類のチョークコイルをハーネスに巻き付けていた。また従来は、高周波ノイズのリターン経路を筐体に落としており、筐体を経由した高周波の電流ループが形成されていた（図１参照）。 High-frequency noise generated by switching elements returns to the current line of the power conditioner via the chassis ground via the stray capacitance (also called parasitic capacitance) between the substrate on which the switching elements are mounted and the chassis ground. (See Patent Document 1, for example). Conventionally, in order to cut off the common mode current caused by this high-frequency noise from the DC power supply and the system power supply, a choke coil was wound around each of the harnesses connected to the input and output of the board (see Fig. 1). At that time, there are two types of noise: noise corresponding to the operating frequency of the switching element (for example, about 20 kHz to 40 kHz) and noise caused by a steep current change at the rise or fall of the pulse (for example, about 10 MHz to 30 MHz). In order to deal with this noise, two types of choke coils, a choke coil for low frequencies and a choke coil for high frequencies, were wound around the harness. Conventionally, the return path of high-frequency noise is dropped into the housing, forming a high-frequency current loop via the housing (see FIG. 1).

特開２０１８－１６１０２４号公報JP 2018-161024 A 実開平３－１１９９６４号公報Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-119964

高周波ノイズのリターン経路に筐体が使用される場合、電流ループが大きくなり、高周波ノイズが増幅する要因となっていた。また、高周波ノイズに起因するコモンモード電流が筐体に流れることで、シールド効果が期待される筐体がアンテナとして機能し、輻射ノイズを発生させていた。 When a housing is used as a return path for high-frequency noise, the current loop becomes large, which causes high-frequency noise to be amplified. In addition, when common mode current caused by high-frequency noise flows through the housing, the housing, which is expected to have a shielding effect, functions as an antenna, generating radiation noise.

本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、スイッチング素子から発生するコモンモードノイズが低減された電気機器を提供することにある。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an electrical device in which common mode noise generated from switching elements is reduced.

上記課題を解決するために、本開示のある態様の電気機器は、インバータ部が実装されたプリント基板と、前記プリント基板を収容する筐体と、を備える。前記プリント基板は、前記インバータ部に接続される配線層と、アース配線層を含む多層構造で構成され、前記アース配線層と前記筐体が一点で電気的に接続され、前記筐体とアースが別の接続箇所で電気的に接続される。 In order to solve the above problems, an electrical device according to one aspect of the present disclosure includes a printed circuit board on which an inverter section is mounted, and a housing that accommodates the printed circuit board. The printed circuit board has a multilayer structure including a wiring layer connected to the inverter section and a ground wiring layer, the ground wiring layer and the housing are electrically connected at one point, and the housing and the ground are connected. It is electrically connected at another connection point.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本開示の表現を装置、システム、方法、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described components and expressions of the present disclosure converted between devices, systems, methods, computer programs, etc. are also effective as aspects of the present disclosure.

本開示によれば、スイッチング素子から発生するコモンモードノイズが低減された電気機器を実現することができる。 According to the present disclosure, it is possible to realize an electrical device in which common mode noise generated from switching elements is reduced.

比較例に係る電力変換装置の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structural example of the power converter device which concerns on a comparative example. スイッチング素子のゲート端子に供給されるＰＷＭ信号の基本波形を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a basic waveform of a PWM signal supplied to gate terminals of switching elements; 実施の形態に係る電力変換装置の構成例を説明するための図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure for demonstrating the structural example of the power converter device which concerns on embodiment. 実施の形態に係る、プリント基板の基本構成例と、プリント基板と筐体との接続形態を模式的に描いた断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view schematically depicting a basic configuration example of a printed circuit board and a connection form between the printed circuit board and a housing according to an embodiment; 実施の形態に係る、プリント基板の構成例１と、プリント基板と筐体との接続形態を模式的に描いた断面図である。1A and 1B are cross-sectional views schematically depicting configuration example 1 of a printed circuit board and a connection form between the printed circuit board and a housing according to an embodiment; 実施の形態に係る、プリント基板の構成例２と、プリント基板と筐体との接続形態を模式的に描いた断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically depicting Configuration Example 2 of the printed circuit board and a connection form between the printed circuit board and the housing according to the embodiment; 実施の形態２に係る電力変換装置の構成例を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration example of a power conversion device according to Embodiment 2; 実施の形態２に係る広帯域コモンモードチョークコイルの構成例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a broadband common mode choke coil according to Embodiment 2; 実施の形態２に係る広帯域コモンモードチョークコイルの周波数－インピーダンス特性を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing frequency-impedance characteristics of a wideband common mode choke coil according to Embodiment 2;

図１は、比較例に係る電力変換装置１の構成例を説明するための図である。電力変換装置１は、太陽電池２で発電された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナである。電力変換装置１は基本構成として、コンバータ部１０、インバータ部２０、フィルタ部３０、系統配線接続部４０を備える。 FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a power converter 1 according to a comparative example. The power conversion device 1 is a power conditioner that converts DC power generated by the solar cell 2 into AC power. The power conversion device 1 includes a converter section 10, an inverter section 20, a filter section 30, and a system wiring connection section 40 as a basic configuration.

太陽電池２は光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接、直流電力に変換する発電装置である。太陽電池２として、シリコン太陽電池、化合物半導体などを素材にした太陽電池、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池などが使用される。太陽電池２は、電力変換装置１のコンバータ部１０と接続され、発電した電力を電力変換装置１に出力する。 The solar cell 2 is a power generator that utilizes the photovoltaic effect and directly converts light energy into DC power. As the solar cell 2, a silicon solar cell, a solar cell made of a compound semiconductor or the like, a dye-sensitized solar cell, an organic thin film solar cell, or the like is used. The solar cell 2 is connected to the converter section 10 of the power converter 1 and outputs the generated power to the power converter 1 .

コンバータ部１０は、太陽電池２と直流バスＢｄとの間に接続され、太陽電池２から出力される直流電力の電圧を調整可能なコンバータである。図１に示すコンバータ部１０は、昇圧チョッパで構成されている。 The converter unit 10 is a converter that is connected between the solar cell 2 and the DC bus Bd and can adjust the voltage of the DC power output from the solar cell 2 . The converter section 10 shown in FIG. 1 is configured by a boost chopper.

コンバータ部１０は、直流リアクトルＬｄ、ダイオードＤ１１、スイッチング素子Ｑ１１を含む。直流リアクトルＬｄは、太陽電池２のプラス端子に接続されるプラス配線に挿入される。直流バスＢｄのプラス配線とマイナス配線の間に、ダイオードＤ１１とスイッチング素子Ｑ１１が直列に接続される。ダイオードＤ１１は、スイッチング素子Ｑ１１側がアノード、直流バスＢｄのプラス配線側がカソードとなる向きに接続され、ダイオードＤ１１のアノード端子が、スイッチング素子Ｑ１１のコレクタ端子（またはドレイン端子）と接続される。ダイオードＤ１１とスイッチング素子Ｑ１１との間の接続点に、直流リアクトルＬｄが挿入された、太陽電池２からのプラス配線が接続される。 Converter unit 10 includes a DC reactor Ld, a diode D11, and a switching element Q11. DC reactor Ld is inserted into a positive wiring connected to the positive terminal of solar cell 2 . A diode D11 and a switching element Q11 are connected in series between the positive wiring and the negative wiring of the DC bus Bd. The diode D11 is connected so that the switching element Q11 side is the anode and the positive wire side of the DC bus Bd is the cathode, and the anode terminal of the diode D11 is connected to the collector terminal (or drain terminal) of the switching element Q11. A positive wiring from solar cell 2, in which DC reactor Ld is inserted, is connected to a connection point between diode D11 and switching element Q11.

スイッチング素子Ｑ１１には、ダイオードが逆並列に接続または形成される。図１に示すようにスイッチング素子Ｑ１１にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が使用される場合、ＩＧＢＴのコレクタ－エミッタ間に外付けのダイオードが逆並列に接続される。なお、スイッチング素子Ｑ１１にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)が使用される場合、ソースからドレイン方向に寄生ダイオードが形成される。 A diode is connected or formed in anti-parallel to the switching element Q11. When an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used as the switching element Q11 as shown in FIG. 1, an external diode is connected in anti-parallel between the collector and emitter of the IGBT. When an N-channel MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) is used as the switching element Q11, a parasitic diode is formed from the source to the drain.

電力変換装置１の駆動制御部（不図示）は、太陽電池２の出力電力が最大になるように、コンバータ部１０をＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracking) 制御する。具体的には駆動制御部は、太陽電池２の出力電圧および出力電流である、コンバータ部１０の入力電圧および入力電流を測定して太陽電池２の発電電力を推定する。駆動制御部は、測定した太陽電池２の出力電圧と推定した発電電力をもとに、太陽電池２の発電電力を最大電力点（最適動作点）にするための指令値を生成する。駆動制御部は例えば、山登り法に従い動作点電圧を所定のステップ幅で変化させて最大電力点を探索し、最大電力点を維持するように指令値を生成する。駆動制御部は、生成した指令値と搬送波に基づきＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号をスイッチング素子Ｑ１１のゲート端子に供給する。 A drive control unit (not shown) of the power converter 1 controls the converter unit 10 by MPPT (Maximum Power Point Tracking) so that the output power of the solar cell 2 is maximized. Specifically, the drive control unit measures the input voltage and input current of converter unit 10 , which are the output voltage and output current of solar cell 2 , and estimates the power generated by solar cell 2 . Based on the measured output voltage of the solar cell 2 and the estimated generated power, the drive control unit generates a command value for setting the generated power of the solar cell 2 to the maximum power point (optimum operating point). For example, the drive control unit searches for the maximum power point by changing the operating point voltage by a predetermined step width according to the hill-climbing method, and generates a command value so as to maintain the maximum power point. The drive control unit generates a PWM signal based on the generated command value and carrier wave, and supplies the generated PWM signal to the gate terminal of the switching element Q11.

インバータ部２０は、直流バスＢｄを介してコンバータ部１０と接続される。直流バスＢｄのプラス配線とマイナス配線間にコンデンサＣｄが接続される。コンデンサＣｄは、直流バスＢｄの電圧を安定化させるための平滑用のコンデンサである。図１に示す例では、コンデンサＣｄに電解コンデンサを使用している。 Inverter section 20 is connected to converter section 10 via DC bus Bd. A capacitor Cd is connected between the positive wiring and the negative wiring of the DC bus Bd. The capacitor Cd is a smoothing capacitor for stabilizing the voltage of the DC bus Bd. In the example shown in FIG. 1, an electrolytic capacitor is used as the capacitor Cd.

図１では、インバータ部２０をフルブリッジ回路で構成する例を示している。フルブリッジ回路は、２つのスイッチング素子Ｑ２１、Ｑ２２が直列接続された第１アームと、２つのスイッチング素子Ｑ２３、Ｑ２４が直列接続された第２アームを含む。第１アームと第２アームは、直流バスＢｄを介してコンバータ部１０およびコンデンサＣｄと並列接続される。スイッチング素子Ｑ２１－Ｑ２４には、コンバータ部１０のスイッチング素子Ｑ１１と同様に、ダイオードが逆並列に接続または形成される。 FIG. 1 shows an example in which the inverter section 20 is configured by a full bridge circuit. The full bridge circuit includes a first arm in which two switching elements Q21 and Q22 are connected in series and a second arm in which two switching elements Q23 and Q24 are connected in series. The first arm and the second arm are connected in parallel with converter section 10 and capacitor Cd via DC bus Bd. Diodes are connected or formed in anti-parallel to switching elements Q21-Q24 in the same manner as switching element Q11 of converter unit .

電力変換装置１の駆動制御部（不図示）は、直流バスＢｄの電圧が目標値を維持するようにインバータ部２０を駆動する。具体的には駆動制御部は、直流バスＢｄの電圧の測定値と目標値との差分をもとに指令値を生成する。駆動制御部は、生成した指令値と搬送波に基づきＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号をスイッチング素子Ｑ２１－Ｑ２４のゲート端子に供給する。駆動制御部はＰＷＭ信号のデューティ比を上げることにより直流バスＢｄの電圧を低下させることができ、ＰＷＭ信号のデューティ比を下げることにより直流バスＢｄの電圧を上昇させることができる。 A drive control unit (not shown) of the power converter 1 drives the inverter unit 20 so that the voltage of the DC bus Bd maintains the target value. Specifically, the drive control unit generates the command value based on the difference between the measured value of the voltage of the DC bus Bd and the target value. The drive control unit generates a PWM signal based on the generated command value and carrier wave, and supplies the generated PWM signal to the gate terminals of the switching elements Q21-Q24. The drive control unit can decrease the voltage of the DC bus Bd by increasing the duty ratio of the PWM signal, and can increase the voltage of the DC bus Bd by decreasing the duty ratio of the PWM signal.

フィルタ部３０は、インバータ部２０の出力電圧および出力電流の高調波成分を減衰させて、インバータ部２０の出力電圧および出力電流の波形を正弦波に近づける。図１では、フィルタ部３０は、交流リアクトルＬａ１、交流リアクトルＬａ２、コンデンサＣｘを含むＬＣフィルタで構成される。 The filter unit 30 attenuates the harmonic components of the output voltage and output current of the inverter unit 20 to bring the waveforms of the output voltage and output current of the inverter unit 20 closer to sine waves. In FIG. 1, the filter unit 30 is composed of an LC filter including an AC reactor La1, an AC reactor La2, and a capacitor Cx.

図１では、電力系統と単相３線式で接続する電力変換装置１を示している。系統配線接続部４０には、電力系統の変圧器の需要者側の２００Ｖ巻線の一端から引き出されたＵ相の電線（赤）と、２００Ｖ巻線の他端から引き出されたＷ相の電線（黒）と、２００Ｖ巻線の中点から引き出されたＯ相の電線（白）がそれぞれ接続される。 FIG. 1 shows a power conversion device 1 connected to a power system by a single-phase three-wire system. The system wiring connection section 40 includes a U-phase wire (red) drawn from one end of the 200V winding on the customer side of the power system transformer and a W-phase wire drawn from the other end of the 200V winding. (black) and the O-phase electric wire (white) pulled out from the middle point of the 200V winding are connected, respectively.

フィルタ部３０の交流リアクトルＬａ１は、インバータ部２０の第１アームの中点と系統配線接続部４０のＵ相接続端子を結ぶＵ相配線上に接続される。フィルタ部３０の交流リアクトルＬａ２は、インバータ部２０の第２アームの中点と系統配線接続部４０のＷ相接続端子を結ぶＷ相配線上に接続される。コンデンサＣｘは、Ｕ相配線とＷ相配線の間に接続される。コンデンサＣｘは、ノーマルモードノイズを通過させてノーマルモードノイズを低減する。コンデンサＣｘには例えば、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサを使用することができる。 AC reactor La<b>1 of filter unit 30 is connected to U-phase wiring that connects the midpoint of the first arm of inverter unit 20 and the U-phase connection terminal of system wiring connection unit 40 . AC reactor La<b>2 of filter section 30 is connected to W-phase wiring that connects the middle point of the second arm of inverter section 20 and the W-phase connection terminal of system wiring connection section 40 . The capacitor Cx is connected between the U-phase wiring and the W-phase wiring. Capacitor Cx reduces normal mode noise by passing normal mode noise. For example, a ceramic capacitor or a film capacitor can be used as the capacitor Cx.

なお、電力変換装置１内では交流２００Ｖを扱い、交流１００Ｖは扱わないため、Ｏ相の電線（白）はフィルタ部３０およびインバータ部２０に接続されない。 Note that the O-phase electric wire (white) is not connected to the filter section 30 and the inverter section 20 because the power converter 1 handles 200 V AC and does not handle 100 V AC.

図２は、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１－Ｑ２４のゲート端子に供給されるＰＷＭ信号の基本波形を示す図である。ＰＷＭ方式では、スイッチング素子を流れる電流波形が矩形波状の波形となる。ＰＷＭ方式では、パルス周期（動作周波数）が固定で、パルス幅が変動する。なお、ＺＣＳ／ＺＶＳ方式では、スイッチング素子を流れる電流波形が半波整流正弦波状の波形となる。ＺＣＳ／ＺＶＳ方式では、オン時間が固定で周期が変動する。 FIG. 2 is a diagram showing basic waveforms of PWM signals supplied to gate terminals of switching elements Q11, Q21-Q24. In the PWM method, the waveform of the current flowing through the switching element is a rectangular waveform. In the PWM method, the pulse period (operating frequency) is fixed and the pulse width varies. In the ZCS/ZVS method, the current waveform flowing through the switching element is a half-wave rectified sinusoidal waveform. In the ZCS/ZVS method, the on-time is fixed and the cycle varies.

ＰＷＭ方式ではスイッチング素子を流れる電流が矩形波状に制御されるため、矩形波の立ち上がり時または立ち下がり時に急峻な電流変化が発生する。この大きな電流変化により寄生素子が強く励起され、１０ＭＨｚ～３０ＭＨｚ程度の高周波ノイズＮｈが発生する。また、コンバータやインバータの動作周波数は、可聴域に入らないように２０ｋＨ～４０ｋＨｚ程度に設定されているものが多い。その場合、２０ｋＨｚ～４０ｋＨｚ程度の低周波ノイズＮｌが発生する。 In the PWM method, the current flowing through the switching element is controlled to have a rectangular wave shape, so that a steep current change occurs when the rectangular wave rises or falls. This large current change strongly excites the parasitic element, generating high-frequency noise Nh of about 10 MHz to 30 MHz. Further, the operating frequency of converters and inverters is often set to about 20 kHz to 40 kHz so as not to fall within the audible range. In that case, low frequency noise Nl of about 20 kHz to 40 kHz is generated.

図１では、コンバータ部１０、インバータ部２０、フィルタ部３０が一つのプリント基板に実装される例を想定している。当該プリント基板を収納している金属製の筐体は、少なくとも１点でアース接続されており、筐体アースＦｇを形成している。電力変換装置１内のプリント基板上の配線と筐体アースＦｇとの間に浮遊容量Ｃｆが形成される。 FIG. 1 assumes an example in which the converter section 10, the inverter section 20, and the filter section 30 are mounted on one printed circuit board. A metal housing containing the printed circuit board is grounded at at least one point to form a housing ground Fg. A stray capacitance Cf is formed between the wiring on the printed circuit board in the power converter 1 and the chassis ground Fg.

上述したように、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１－Ｑ２４のスイッチングに起因して高周波ノイズＮｈと低周波ノイズＮｌが発生する。これらの高周波ノイズＮｈと低周波ノイズＮｌは、プリント基板と筐体アースＦｇ間の浮遊容量Ｃｆを通過する。比較例では、この高周波ノイズＮｈと低周波ノイズＮｌの対策として、太陽電池２とコンバータ部１０を結ぶハーネス（ケーブル）間に、高域用コモンモードチョークコイルＬｈ１と低域用コモンモードチョークコイルＬｌ１をそれぞれ巻き付けている。同様に、フィルタ部３０と系統配線接続部４０を結ぶハーネス間に、高域用コモンモードチョークコイルＬｈ２と低域用コモンモードチョークコイルＬｌ２をそれぞれ巻き付けている。 As described above, high-frequency noise Nh and low-frequency noise Nl are generated due to the switching of switching elements Q11, Q21-Q24. These high frequency noise Nh and low frequency noise Nl pass through the stray capacitance Cf between the printed circuit board and the housing ground Fg. In the comparative example, as a countermeasure against the high-frequency noise Nh and the low-frequency noise Nl, a high-frequency common mode choke coil Lh1 and a low-frequency common mode choke coil Ll1 are installed between the harnesses (cables) connecting the solar cell 2 and the converter unit 10. are wrapped around each. Similarly, a high frequency common mode choke coil Lh2 and a low frequency common mode choke coil Ll2 are wound between harnesses connecting the filter unit 30 and the system wiring connection unit 40, respectively.

プリント基板の入力端子近傍のプラス配線と筐体アースＦｇとの間、プリント基板の入力端子近傍のマイナス配線と筐体アースＦｇとの間にそれぞれバイパス用のコンデンサＣｙ１が接続される。プリント基板の出力端子近傍のＵ相配線と筐体アースＦｇとの間、プリント基板の出力端子近傍のＷ相配線と筐体アースＦｇとの間にそれぞれバイパス用のコンデンサＣｙ２が接続される。バイパス用のコンデンサＣｙ１、ＣＹ２は、コモンモードノイズを通過させて、コモンモードノイズを低減する。コンデンサＣｙ１、Ｃｙ２には例えば、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサを使用することができる。 A bypass capacitor Cy1 is connected between the positive wiring near the input terminal of the printed circuit board and the chassis ground Fg, and between the negative wiring near the input terminal of the printed circuit board and the chassis ground Fg. A bypass capacitor Cy2 is connected between the U-phase wiring near the output terminal of the printed circuit board and the chassis ground Fg, and between the W-phase wiring near the output terminal of the printed circuit board and the chassis ground Fg. The bypass capacitors Cy1 and CY2 reduce common mode noise by passing common mode noise. For the capacitors Cy1 and Cy2, for example, ceramic capacitors and film capacitors can be used.

図１に示す回路構成では、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１－Ｑ２４のスイッチングに起因して発生する高周波ノイズＮｈと低周波ノイズＮｌが太陽電池２に流入することが、ハーネスに巻き付けられた入力側の高域用コモンモードチョークコイルＬｈ１と低域用コモンモードチョークコイルＬｌ１により遮断される。同様に、高周波ノイズＮｈと低周波ノイズＮｌが電力系統に流入することが、ハーネスに巻き付けられた出力側の高域用コモンモードチョークコイルＬｈ２と低域用コモンモードチョークコイルＬｌ２により遮断される。 In the circuit configuration shown in FIG. 1, high-frequency noise Nh and low-frequency noise Nl generated due to switching of the switching elements Q11, Q21-Q24 flow into the solar cell 2. It is interrupted by the common mode choke coil Lh1 for the frequency band and the common mode choke coil Ll1 for the low frequency band. Similarly, high-frequency noise Nh and low-frequency noise Nl are blocked from flowing into the electric power system by the output-side high-frequency common mode choke coil Lh2 and low-frequency common mode choke coil Ll2 wound around the harness.

ただし、高周波ノイズＮｈと低周波ノイズＮｌは、プリント基板の配線と筐体アースＦｇ間を、浮遊容量Ｃｆまたはバイパス用のコンデンサＣｙ１、ＣＹ２を介してコモンモードノイズ電流として流れる。図１に示す回路構成では、コモンモードノイズ電流は、プリント基板の入力端子付近および出力端子近辺まで流れ、大きな電流ループＩ１を形成する。これにより、プリント基板の配線を大きな伝導ノイズが伝搬していた。また、筐体やハーネスから大きな放射ノイズが放出されていた。 However, the high-frequency noise Nh and the low-frequency noise Nl flow as common mode noise currents between the wiring of the printed circuit board and the chassis ground Fg via the stray capacitance Cf or the bypass capacitors Cy1 and CY2. In the circuit configuration shown in FIG. 1, the common mode noise current flows to the vicinity of the input terminal and output terminal of the printed circuit board to form a large current loop I1. As a result, large conduction noise propagates through the wiring of the printed circuit board. In addition, a large amount of radiation noise was emitted from the housing and harness.

図３は、実施の形態に係る電力変換装置１の構成例を説明するための図である。実施の形態に係る電力変換装置１では、コンバータ部１０、インバータ部２０、およびフィルタ部３０が実装されるプリント基板が、複数の配線層とアース配線層Ｗｇを含む多層構造で構成される。プリント基板のアース配線層Ｗｇと筐体アースＦｇは一つの接続点Ｎ１で接続される。筐体アースＦｇは、プリント基板のアース配線層Ｗｇとの接続点Ｎ１と別の箇所に接続点Ｎ２を有する。 FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration example of the power converter 1 according to the embodiment. In the power conversion device 1 according to the embodiment, the printed circuit board on which the converter section 10, the inverter section 20 and the filter section 30 are mounted has a multi-layer structure including a plurality of wiring layers and a ground wiring layer Wg. The ground wiring layer Wg of the printed circuit board and the housing ground Fg are connected at one connection point N1. The housing ground Fg has a connection point N2 at a location different from the connection point N1 with the ground wiring layer Wg of the printed circuit board.

プリント基板のアース配線層Ｗｇと筐体アースＦｇを１点で接続することにより、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１－Ｑ２４から発生するコモンモードノイズが筐体アースＦｇを回らずに、プリント基板のアース配線層Ｗｇを回るようになる。すなわち、筐体アースＦｇをコモンモードノイズの電流ループから切り離すことができ、電流ループの長さを短くすることができる。図３に示すコモンモードノイズによる電流ループＩ２の長さは、図１に示した電流ループＩ１の長さより短くなっている。 By connecting the ground wiring layer Wg of the printed circuit board and the housing ground Fg at one point, the common mode noise generated from the switching elements Q11, Q21-Q24 does not go around the housing ground Fg, and the ground wiring layer of the printed circuit board is connected. It comes to go around Wg. That is, the housing ground Fg can be separated from the current loop of common mode noise, and the length of the current loop can be shortened. The length of the current loop I2 due to common mode noise shown in FIG. 3 is shorter than the length of the current loop I1 shown in FIG.

なお、コンバータ部１０、インバータ部２０、およびフィルタ部３０が複数のプリント基板に分割されて実装される場合、各プリント基板と筐体アースＦｇがそれぞれ１点で接続される。 When the converter section 10, the inverter section 20, and the filter section 30 are divided and mounted on a plurality of printed circuit boards, each printed circuit board and the housing ground Fg are connected at one point.

図４は、実施の形態に係る、プリント基板の基本構成例と、プリント基板と筐体との接続形態を模式的に描いた断面図である。図４に示すプリント基板ＰＢ１の表側表面には、第１配線パターンＷ１、第２配線パターンＷ２、第１配線パターンＷ１に接続するための第１接続部Ｔ１、第２配線パターンＷ２に接続するための第２接続部Ｔ２、アース接続部Ｔｇが形成されている。プリント基板ＰＢ１の裏側表面には、アース配線層Ｗｇが形成されている。表側表面のアース接続部Ｔｇと裏側表面のアース配線層Ｗｇは導通している。 FIG. 4 is a cross-sectional view schematically depicting a basic configuration example of a printed circuit board and a connection form between the printed circuit board and a housing according to the embodiment. A first wiring pattern W1, a second wiring pattern W2, a first connection portion T1 for connecting to the first wiring pattern W1, and a wiring pattern for connecting to the second wiring pattern W2 are provided on the front surface of the printed circuit board PB1 shown in FIG. A second connection portion T2 and a ground connection portion Tg are formed. A ground wiring layer Wg is formed on the back surface of the printed circuit board PB1. The ground connection portion Tg on the front surface and the ground wiring layer Wg on the back surface are electrically connected.

図４に示すプリント基板ＰＢ１には、表側表面と裏側表面を貫通するビアＶ１が形成されている。金属製の接続部材Ｓ１（図４では、ネジ）がビアＶ１に通され、接続部材Ｓ１の先端が筐体アースＦｇに固定される。接続部材Ｓ１はアース配線層Ｗｇを貫通する。接続部材Ｓ１により、プリント基板ＰＢ１と筐体アースＦｇ間が物理的に一定の距離を保った状態で、プリント基板ＰＢ１のアース配線層Ｗｇと筐体アースＦｇが電気的に接続される。筐体アースＦｇは、別の位置で別の接続部材Ｓ２（図４では、ネジ）によりアース接続される。 A printed circuit board PB1 shown in FIG. 4 is formed with vias V1 penetrating through the front surface and the back surface. A connection member S1 (a screw in FIG. 4) made of metal is passed through the via V1, and the tip of the connection member S1 is fixed to the housing ground Fg. The connection member S1 penetrates the ground wiring layer Wg. The connection member S1 electrically connects the ground wiring layer Wg of the printed circuit board PB1 and the chassis ground Fg while maintaining a constant physical distance between the printed circuit board PB1 and the chassis ground Fg. The housing ground Fg is grounded by another connecting member S2 (screw in FIG. 4) at another position.

図５は、実施の形態に係る、プリント基板の構成例１と、プリント基板と筐体との接続形態を模式的に描いた断面図である。図５に示すプリント基板ＰＢ２の断面図は、インバータ部２０より交流側の部分の構造を示している。図５に示すプリント基板ＰＢ２の表側表面には、Ｕ相配線パターンＷｕに接続するためのＵ相接続部Ｔｕ、Ｏ相配線パターンＷｏに接続するためのＯ相接続部Ｔｏ、Ｗ相配線パターンＷｗに接続するためのＷ相接続部Ｔｗが形成されている。図５に示すプリント基板ＰＢ２では、表側表面にＷ相配線パターンＷｗ、裏側表面にＵ相配線パターンＷｕが形成されている。したがって、プリント基板ＰＢ２の表側表面がＷ相の配線層、裏側表面がＵ相の配線層となる。なお、表側表面にＵ相配線パターンＷｕ、裏側表面にＷ相配線パターンＷｗが形成されてもよい。 FIG. 5 is a cross-sectional view schematically depicting Configuration Example 1 of the printed circuit board and a connection form between the printed circuit board and the housing according to the embodiment. The cross-sectional view of the printed circuit board PB2 shown in FIG. A U-phase connection portion Tu for connection to the U-phase wiring pattern Wu, an O-phase connection portion To for connection to the O-phase wiring pattern Wo, and a W-phase wiring pattern Ww are provided on the front surface of the printed circuit board PB2 shown in FIG. A W-phase connection portion Tw for connecting to is formed. In the printed circuit board PB2 shown in FIG. 5, a W-phase wiring pattern Ww is formed on the front surface, and a U-phase wiring pattern Wu is formed on the back surface. Therefore, the front surface of the printed circuit board PB2 is a W-phase wiring layer, and the back surface is a U-phase wiring layer. The U-phase wiring pattern Wu may be formed on the front surface, and the W-phase wiring pattern Ww may be formed on the back surface.

アース配線層Ｗｇは、プリント基板ＰＢ２の積層方向の中間に形成される。これにより、プリント基板ＰＢ２の表側表面のＷ相配線パターンＷｗとアース配線層Ｗｇと、プリント基板ＰＢ２の裏側表面のＵ相配線パターンＷｕとアース配線層Ｗｇとの距離を等しくすることができる。この場合、Ｗ相配線パターンＷｗとアース配線層Ｗｇに形成される電流ループと、Ｕ相配線パターンＷｕとアース配線層Ｗｇに形成される電流ループの大きさを略等しくすることができ、より大きな電流ループが形成されることを防止することができる。 The ground wiring layer Wg is formed in the middle of the printed circuit board PB2 in the stacking direction. As a result, the distance between the W-phase wiring pattern Ww and the ground wiring layer Wg on the front surface of the printed circuit board PB2 can be made equal to the distance between the U-phase wiring pattern Wu and the ground wiring layer Wg on the back surface of the printed circuit board PB2. In this case, the current loop formed between the W-phase wiring pattern Ww and the ground wiring layer Wg can be substantially equal in size to the current loop formed between the U-phase wiring pattern Wu and the ground wiring layer Wg. It is possible to prevent the formation of current loops.

本実施の形態では、Ｏ相接続部Ｔｏに電力系統からの電線や、素子は接続されない。Ｏ相配線パターンＷｏはアース配線層Ｗｇと導通させてもよいし、アース配線層Ｗｇを介さずにアース接続させてもよい。 In this embodiment, the O-phase connection portion To is not connected to the electric wire from the electric power system or the element. The O-phase wiring pattern Wo may be electrically connected to the ground wiring layer Wg, or may be grounded without passing through the ground wiring layer Wg.

図５に示すプリント基板ＰＢ２では、接続部材Ｓ１の位置は、インバータ部２０のスイッチング素子Ｑ２１－Ｑ２４と、コモンモードチョークコイル（出力側の高域用コモンモードチョークコイルＬｈ２と低域用コモンモードチョークコイルＬｌ２）との間の領域内の位置に設定される。当該コモンモードチョークコイルより後段に、プリント基板ＰＢ２のアース配線層Ｗｇと筐体アースＦｇとの接続位置を設定すると、コモンモードノイズが当該コモンモードチョークコイルにより遮断されて、プリント基板ＰＢ２のアース配線層Ｗｇではなく、筐体アースＦｇを回るようになる。また、当該コモンモードチョークコイルより前段に当該接続位置を設定すれば、ノイズ源に近い領域に電流ループを形成することができ、コモンモードノイズの増幅を抑制することができる。 In the printed circuit board PB2 shown in FIG. 5, the position of the connection member S1 is the switching elements Q21 to Q24 of the inverter section 20, the common mode choke coils (the high frequency common mode choke coil Lh2 on the output side and the low frequency common mode choke). It is set to a position within the region between the coil Ll2). When the connection position between the ground wiring layer Wg of the printed circuit board PB2 and the housing ground Fg is set after the common mode choke coil, the common mode noise is blocked by the common mode choke coil, and the ground wiring of the printed circuit board PB2 is established. It goes around the chassis ground Fg instead of the layer Wg. Also, if the connection position is set at a stage before the common mode choke coil, a current loop can be formed in a region close to the noise source, and amplification of common mode noise can be suppressed.

図６は、実施の形態に係る、プリント基板の構成例２と、プリント基板と筐体との接続形態を模式的に描いた断面図である。図６に示すプリント基板ＰＢ３の断面図は、インバータ部２０より直流側の部分の構造を示している。図６に示すプリント基板ＰＢ３の表側表面には、Ｎ極配線パターンＷｎに接続するためのＮ極接続部Ｔｎ、Ｐ極配線パターンＷｐに接続するためのＰ極接続部Ｔｐが形成されている。図６に示すプリント基板ＰＢ３では、表側表面にＰ極配線パターンＷｐ、裏側表面にＮ極配線パターンＷｎが形成されている。したがって、プリント基板ＰＢ３の表側表面がＰ極の配線層、裏側表面がＮ極の配線層となる。なお、表側表面にＮ極配線パターンＷｎ、裏側表面にＰ極配線パターンＷｐが形成されてもよい。 FIG. 6 is a cross-sectional view schematically depicting Configuration Example 2 of the printed circuit board and a connection form between the printed circuit board and the housing according to the embodiment. A cross-sectional view of the printed circuit board PB3 shown in FIG. An N-pole connection portion Tn for connection to the N-pole wiring pattern Wn and a P-pole connection portion Tp for connection to the P-pole wiring pattern Wp are formed on the front surface of the printed circuit board PB3 shown in FIG. In the printed circuit board PB3 shown in FIG. 6, a P-pole wiring pattern Wp is formed on the front surface, and an N-pole wiring pattern Wn is formed on the back surface. Therefore, the front side surface of the printed circuit board PB3 becomes a P-polar wiring layer, and the back side surface becomes a N-polar wiring layer. The N-pole wiring pattern Wn may be formed on the front surface, and the P-pole wiring pattern Wp may be formed on the back surface.

アース配線層Ｗｇは、プリント基板ＰＢ３の積層方向の中間に形成される。これにより、プリント基板ＰＢ２の表側表面のＰ極配線パターンＷｐとアース配線層Ｗｇと、プリント基板ＰＢ３の裏側表面のＮ極配線パターンＷｎとアース配線層Ｗｇとの距離を等しくすることができる。この場合、Ｐ極配線パターンＷｐとアース配線層Ｗｇに形成される電流ループと、Ｎ極配線パターンＷｎとアース配線層Ｗｇに形成される電流ループの大きさを略等しくすることができ、より大きな電流ループが形成されることを防止することができる。 The ground wiring layer Wg is formed in the middle of the printed circuit board PB3 in the stacking direction. As a result, the distance between the P-pole wiring pattern Wp and the ground wiring layer Wg on the front surface of the printed circuit board PB2 can be made equal to the distance between the N-pole wiring pattern Wn and the ground wiring layer Wg on the back surface of the printed circuit board PB3. In this case, the current loop formed between the P-pole wiring pattern Wp and the ground wiring layer Wg can be substantially equal in size to the current loop formed between the N-pole wiring pattern Wn and the ground wiring layer Wg. It is possible to prevent the formation of current loops.

図６に示すプリント基板ＰＢ３にも接続部材Ｓ１が描かれているが、図５に示したプリント基板ＰＢ２と図６に示すプリント基板ＰＢ３が一体的に構成される場合、接続部材Ｓ１は設けられない。図５に示したプリント基板ＰＢ２と図６に示すプリント基板ＰＢ３が別々に構成される場合、接続部材Ｓ１が設けられる。 Although the connection member S1 is also drawn on the printed circuit board PB3 shown in FIG. 6, the connection member S1 is not provided when the printed circuit board PB2 shown in FIG. 5 and the printed circuit board PB3 shown in FIG. do not have. When the printed circuit board PB2 shown in FIG. 5 and the printed circuit board PB3 shown in FIG. 6 are configured separately, a connection member S1 is provided.

接続部材Ｓ１の位置は、コンバータ部１０のスイッチング素子Ｑ１１と、コモンモードチョークコイル（入力側の高域用コモンモードチョークコイルＬｈ１と低域用コモンモードチョークコイルＬｌ１）との間の領域内の位置に設定される。当該コモンモードチョークコイルより前段に、プリント基板ＰＢ３のアース配線層Ｗｇと筐体アースＦｇとの接続位置を設定すると、コモンモードノイズが当該コモンモードチョークコイルにより遮断されて、プリント基板ＰＢ３のアース配線層Ｗｇではなく、筐体アースＦｇを回るようになる。また、当該コモンモードチョークコイルより後段に当該接続位置を設定すれば、ノイズ源に近い領域に電流ループを形成することができ、コモンモードノイズの増幅を抑制することができる。 The position of the connection member S1 is the position within the region between the switching element Q11 of the converter section 10 and the common mode choke coils (the high-range common mode choke coil Lh1 and the low-range common mode choke coil Ll1 on the input side). is set to If the connection position between the ground wiring layer Wg of the printed circuit board PB3 and the housing ground Fg is set before the common mode choke coil, the common mode noise is cut off by the common mode choke coil, and the ground wiring of the printed circuit board PB3 is cut off. It goes around the chassis ground Fg instead of the layer Wg. Also, if the connection position is set after the common mode choke coil, a current loop can be formed in a region close to the noise source, and amplification of common mode noise can be suppressed.

図７は、実施の形態２に係る電力変換装置１の構成例を説明するための図である。実施の形態２では、ハーネス巻き付け型の高域用コモンモードチョークコイルＬｈと低域用コモンモードチョークコイルＬｌの代わりに、基板実装型の複数のターゲット帯域のノイズに対応する広帯域なインピーダンス特性を有する広帯域コモンモードチョークコイルＬｃを使用する。複数のターゲット帯域には、上述した２０ｋＨｚ～４０ｋＨｚ程度のスイッチング素子の動作周波数帯域、および１０ＭＨｚ～３０ＭＨｚ程度の矩形波の立ち上がり時または立ち下がり時の急峻な電流変化に起因する高周波ノイズ帯域が含まれる。 FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration example of the power converter 1 according to the second embodiment. In the second embodiment, instead of the harness-wound high-frequency common mode choke coil Lh and low-frequency common mode choke coil Ll, board-mounted wideband impedance characteristics corresponding to noise in a plurality of target bands are provided. A broadband common mode choke coil Lc is used. The multiple target bands include the operating frequency band of the switching element of about 20 kHz to 40 kHz and the high frequency noise band of about 10 MHz to 30 MHz caused by a steep current change at the rise or fall of the rectangular wave. .

実施の形態２では、この広帯域コモンモードチョークコイルＬｃを、ノイズ源となるスイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１－Ｑ２４の近傍に実装することで、コモンモードノイズの電流ループの長さを短縮する。広帯域コモンモードチョークコイルＬｃの詳細は後述する。 In the second embodiment, the wideband common mode choke coil Lc is mounted in the vicinity of the switching elements Q11 and Q21-Q24, which are noise sources, to shorten the length of the current loop of common mode noise. Details of the wideband common mode choke coil Lc will be described later.

図７に示す構成例では、直流リアクトルＬｄとコンバータ部１０のスイッチング素子Ｑ１１との間の配線に第１広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ１が接続される。コンバータ部１０のスイッチング素子Ｑ１１と直流バスＢｄのコンデンサＣｄとの間の配線に第２広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ２が接続される。第１広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ１および第２広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ２は、プリント基板上に実装される。 In the configuration example shown in FIG. 7 , a first wideband common mode choke coil Lc1 is connected to wiring between DC reactor Ld and switching element Q11 of converter section 10 . A second wideband common mode choke coil Lc2 is connected to wiring between switching element Q11 of converter unit 10 and capacitor Cd of DC bus Bd. The first wideband common mode choke coil Lc1 and the second wideband common mode choke coil Lc2 are mounted on a printed circuit board.

これにより、コンバータ部１０のスイッチング素子Ｑ１１のスイッチングに起因して発生する高周波ノイズＮｈと低周波ノイズＮｌの伝搬経路が、第１広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ１と第２広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ２との間の範囲に制限される。コンバータ部１０の配線と筐体アースＦｇ間を、浮遊容量Ｃｆを介して流れるコモンモードノイズによる電流ループＩ３の長さは、図１に示した電流ループＩ１の長さより短くなる。電流ループの長さが短くなるとコモンモードノイズの増幅を抑制することができる。特に、ループ面積が小さくなるため、放射ノイズを大きく低減することができる。 As a result, the propagation path of the high-frequency noise Nh and the low-frequency noise Nl generated due to switching of the switching element Q11 of the converter section 10 is between the first wideband common mode choke coil Lc1 and the second wideband common mode choke coil Lc2. limited to a range between The length of the current loop I3 due to the common mode noise flowing between the wiring of the converter section 10 and the chassis ground Fg via the stray capacitance Cf is shorter than the length of the current loop I1 shown in FIG. If the length of the current loop is shortened, amplification of common mode noise can be suppressed. In particular, since the loop area is small, radiation noise can be greatly reduced.

直流バスＢｄのコンデンサＣｄとインバータ部２０のスイッチング素子Ｑ２１－Ｑ２４との間の配線に第３広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ３が接続される。インバータ部２０のスイッチング素子Ｑ２１－Ｑ２４と交流リアクトルＬａ１、Ｌａ２との間の配線に第４広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ４が接続される。第３広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ３および第４広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ４は、プリント基板上に実装される。 A third wideband common mode choke coil Lc3 is connected to the wiring between the capacitor Cd of the DC bus Bd and the switching elements Q21-Q24 of the inverter section 20. FIG. A fourth broadband common mode choke coil Lc4 is connected to wiring between switching elements Q21-Q24 of inverter section 20 and AC reactors La1 and La2. The third wideband common mode choke coil Lc3 and the fourth wideband common mode choke coil Lc4 are mounted on a printed circuit board.

これにより、インバータ部２０のスイッチング素子Ｑ２１－Ｑ２４のスイッチングに起因して発生する高周波ノイズＮｈと低周波ノイズＮｌの伝搬経路が、第３広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ３と第４広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ４との間の範囲に制限される。インバータ部２０の配線と筐体アースＦｇ間を、浮遊容量Ｃｆを介して流れるコモンモードノイズ電流により形成される電流ループＩ４の長さは、図１に示した電流ループＩ１の長さより短くなる。 As a result, the propagation paths of the high-frequency noise Nh and the low-frequency noise Nl generated due to switching of the switching elements Q21 to Q24 of the inverter section 20 are the third wideband common mode choke coil Lc3 and the fourth wideband common mode choke coil Lc4. is limited to a range between The length of the current loop I4 formed by the common mode noise current flowing through the stray capacitance Cf between the wiring of the inverter section 20 and the chassis ground Fg is shorter than the length of the current loop I1 shown in FIG.

図８は、実施の形態２に係る広帯域コモンモードチョークコイルＬｃの構成例を示す図である。広帯域コモンモードチョークコイルＬｃは、コア材５０、第１の導線５１ａ、第２の導線５１ｂ、台座部５２、第１の端子部５３ａ、第２の端子部５３ｂ、固定部材５４ａ、５４ｂ、５４ｃを備える。コア材５０には、ナノ結晶軟磁性材が使用される。ナノ結晶軟磁性材を使用したコアは、フェライトコアと比較して、広帯域にインピーダンスを持つフラットな特性を有する。 FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a wideband common mode choke coil Lc according to the second embodiment. The broadband common mode choke coil Lc includes a core material 50, a first conducting wire 51a, a second conducting wire 51b, a base portion 52, a first terminal portion 53a, a second terminal portion 53b, and fixing members 54a, 54b, 54c. Prepare. A nanocrystalline soft magnetic material is used for the core material 50 . A core using a nanocrystalline soft magnetic material has a flat characteristic with impedance over a wide band compared to a ferrite core.

第１の導線５１ａと第２の導線５１ｂは、コア材５０の左側と右側にそれぞれ巻き付けられる。その際、両者の巻き方向が反対に巻き付けられる。反対向きに巻き付けることにより、第１の導線５１ａと第２の導線５１ｂにコモンモード電流が流れるとき、それぞれがコイルを形成する第１の導線５１ａと第２の導線５１ｂによる電磁誘導現象によって発生する磁束の向きが同じ方向になる。これにより、両者の磁束が強め合ってインダクタとしての機能が強まる。一方、第１の導線５１ａと第２の導線５１ｂにノーマルモード電流が流れるとき、それぞれがコイルを形成する第１の導線５１ａと第２の導線５１ｂによる電磁誘導現象によって発生する磁束の向きが逆方向になり、両者の磁束が打ち消し合ってインダクタとしての機能が弱まる。 The first conducting wire 51a and the second conducting wire 51b are wound on the left and right sides of the core material 50, respectively. At that time, both winding directions are wound in opposite directions. By winding in opposite directions, when a common mode current flows in the first conductor 51a and the second conductor 51b, it is generated by an electromagnetic induction phenomenon caused by the first conductor 51a and the second conductor 51b forming coils, respectively. The direction of the magnetic flux becomes the same direction. As a result, the magnetic fluxes of both strengthen each other, and the function as an inductor is strengthened. On the other hand, when a normal mode current flows through the first conducting wire 51a and the second conducting wire 51b, the directions of the magnetic fluxes generated by the electromagnetic induction phenomena caused by the first conducting wire 51a and the second conducting wire 51b forming coils are opposite to each other. direction, and the magnetic fluxes of both cancel each other out, weakening the function as an inductor.

台座部５２は、第１の導線５１ａと第２の導線５１ｂが巻かれたコア材５０を積置する。第１の導線５１ａに接続される２本の第１の端子部５３ａと、第２の導線５１ｂに接続される２本の第２の端子部５３ｂが台座部５２を貫通している。第１の固定部材５４ａは、第１の導線５１ａを第１の端子部５３ａに固定するための部材である。第２の固定部材５４ｂは、第２の導線５１ｂを第２の端子部５３ｂに固定するための部材である。第３の固定部材５４ｃは、コア材５０を台座部５２に固定するための部材である。このように広帯域コモンモードチョークコイルＬｃは、４本の端子でプリント基板上に実装される。 The base portion 52 stacks the core material 50 around which the first conducting wire 51a and the second conducting wire 51b are wound. Two first terminal portions 53a connected to the first conductors 51a and two second terminal portions 53b connected to the second conductors 51b pass through the pedestal portion 52. As shown in FIG. The first fixing member 54a is a member for fixing the first conducting wire 51a to the first terminal portion 53a. The second fixing member 54b is a member for fixing the second conducting wire 51b to the second terminal portion 53b. The third fixing member 54 c is a member for fixing the core material 50 to the base portion 52 . Thus, the broadband common mode choke coil Lc is mounted on the printed circuit board with four terminals.

図９は、実施の形態２に係る広帯域コモンモードチョークコイルＬｃの周波数－インピーダンス特性を示す図である。図９に示す広帯域コモンモードチョークコイルＬｃでは、外径が３０ｍｍ、内径が２０ｍｍ、高さ（厚さ）が１５ｍｍのナノ結晶軟磁性材のコア材５０を使用している。また、直径１．８ｍｍの導線５１ａ、５１ｂを使用している。 FIG. 9 is a diagram showing frequency-impedance characteristics of the wideband common mode choke coil Lc according to the second embodiment. The broadband common mode choke coil Lc shown in FIG. 9 uses a core material 50 made of a nanocrystalline soft magnetic material having an outer diameter of 30 mm, an inner diameter of 20 mm, and a height (thickness) of 15 mm. Conducting wires 51a and 51b with a diameter of 1.8 mm are used.

図９は、導線５１ａ、５１ｂのターン数が１Ｔ～５Ｔの、５種類の広帯域コモンモードチョークコイルＬｃの周波数－インピーダンス特性を示している。ターン数が２Ｔ～５Ｔの広帯域コモンモードチョークコイルＬｃは、１０ｋＨ～４０ＭＨｚの範囲に１０Ω以上のインピーダンスを有している。 FIG. 9 shows the frequency-impedance characteristics of five types of wideband common mode choke coils Lc with the number of turns of the conductors 51a and 51b being 1T to 5T. A broadband common mode choke coil Lc with 2T to 5T turns has an impedance of 10Ω or more in the range of 10kHz to 40MHz.

１０ｋＨ～４０ＭＨｚの範囲に１０Ω以上のインピーダンスを有する広帯域コモンモードチョークコイルＬｃは、上述した２つのターゲット帯域（２０ｋＨｚ～４０ｋＨｚと、１０ＭＨｚ～３０ＭＨｚ）のノイズを十分に低減できるチョークコイルである。したがって、１つの広帯域コモンモードチョークコイルＬｃで、高域用コモンモードチョークコイルＬｈと低域用コモンモードチョークコイルＬｌの２つを代替できる。 A wideband common mode choke coil Lc having an impedance of 10 Ω or more in the range of 10 kHz to 40 MHz is a choke coil that can sufficiently reduce noise in the above two target bands (20 kHz to 40 kHz and 10 MHz to 30 MHz). Therefore, one broadband common mode choke coil Lc can replace two of the high frequency common mode choke coil Lh and the low frequency common mode choke coil Ll.

なお、ターン数を増加させていくと、周波数－インピーダンス特性がフラットな形状からスティープな形状に変化していくため、ターン数は２Ｔ～５Ｔ程度の範囲に止めることが望ましい。 As the number of turns increases, the frequency-impedance characteristic changes from a flat shape to a steep shape.

実施の形態２においても、プリント基板ＰＢ２の接続部材Ｓ１の位置は、インバータ部２０のスイッチング素子Ｑ２１－Ｑ２４と、第３広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ３または第４広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ４との間の領域内の位置に設定される。また、図５に示したプリント基板ＰＢ２と図６に示すプリント基板ＰＢ３が別々に構成される場合、プリント基板ＰＢ３の接続部材Ｓ１の位置は、コンバータ部１０のスイッチング素子Ｑ１１と、第１広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ１または第２広帯域コモンモードチョークコイルＬｃ２との間の領域内の位置に設定される。 Also in Embodiment 2, the connection member S1 of the printed circuit board PB2 is positioned between the switching elements Q21-Q24 of the inverter section 20 and the third broadband common mode choke coil Lc3 or the fourth wideband common mode choke coil Lc4. Set to a position within the region. Further, when the printed circuit board PB2 shown in FIG. 5 and the printed circuit board PB3 shown in FIG. It is set at a position within a region between the mode choke coil Lc1 or the second broadband common mode choke coil Lc2.

以上説明したように本実施の形態によれば、スイッチング素子Ｑ１１、Ｑ２１－Ｑ２４から発生するコモンモードノイズが低減された電力変換装置１を実現することができる。すなわち、プリント基板にアース配線層を設けることにより、コモンモードノイズが筐体を回ることを抑制することができ、コモンモードノイズによる電流ループを短縮することができる。これにより、コモンモード電流によるノイズレベルを低下させることができる。特に、ループ面積が小さくなるため、放射ノイズを大きく低減することができる。ノイズレベルを低下させることができれば、ノイズ対策が容易になる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize power converter 1 in which common mode noise generated from switching elements Q11 and Q21-Q24 is reduced. That is, by providing the ground wiring layer on the printed circuit board, it is possible to suppress the common mode noise from circulating around the housing, and to shorten the current loop caused by the common mode noise. As a result, the noise level due to common mode current can be reduced. In particular, since the loop area is small, radiation noise can be greatly reduced. If the noise level can be lowered, noise countermeasures will become easier.

コモンモードノイズがプリント基板のアース配線層を回る場合、その外側の筐体はシールドとしての効果を発揮する。従来は、コモンモードノイズが筐体を回っていたため、筐体がアンテナとなって輻射ノイズを放出していた。その対策として従来、シールド用の別の筐体をさらに外側に設置することが必要であった。これに対して本実施の形態では、このようなシールド用の筐体が不要になり、電力変換装置１の小型化、低コスト化を図ることができる。 When common mode noise travels around the ground wiring layer of the printed circuit board, the outer housing exhibits its effect as a shield. In the past, common mode noise circulated around the housing, so the housing acted as an antenna and emitted radiation noise. As a countermeasure, conventionally, it was necessary to install another housing for shielding further outside. On the other hand, in the present embodiment, such a shielding housing is not required, and the size and cost of the power converter 1 can be reduced.

また実施の形態２では、ハーネスにコアを巻き付ける対策が不要になり、電力変換装置１の低背化、小体積化を図ることができる。また、高域用コモンモードチョークコイルＬｈと低域用コモンモードチョークコイルＬｌを１つの広帯域コモンモードチョークコイルＬｃにまとめることができるため、コモンモードチョークコイルの実装スペースをさらに削減することができる。 In addition, in the second embodiment, it is possible to reduce the height and volume of the power conversion device 1 by eliminating the need to wind the core around the harness. Moreover, since the high-frequency common mode choke coil Lh and the low-frequency common mode choke coil Ll can be combined into one wideband common mode choke coil Lc, the mounting space for the common mode choke coils can be further reduced.

以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present disclosure has been described above based on the embodiments. It is to be understood by those skilled in the art that the embodiment is an example, and that various modifications are possible in the combination of each component and each treatment process, and such modifications are also within the scope of the present disclosure. .

上記実施の形態では、アース配線層を含む多層構造のプリント基板を電力変換装置１に使用する例を説明した。この点、アース配線層を含む多層構造のプリント基板は、スイッチング素子を含むインバータ部を備える電気機器全般に使用可能である。インバータ部を備える電気機器として、冷蔵庫、エアコン、掃除機、洗濯機などが挙げられる。これらの電気機器においても、アース配線層を含む多層構造のプリント基板を使用することにより、コモンモードノイズが低減された、小型で低コストな電気機器を実現することができる。 In the above-described embodiment, an example in which a multi-layered printed circuit board including a ground wiring layer is used for the power conversion device 1 has been described. In this respect, a multi-layered printed circuit board including a ground wiring layer can be used for general electrical equipment having an inverter section including switching elements. Refrigerators, air conditioners, vacuum cleaners, washing machines, and the like are examples of electrical appliances that include an inverter unit. By using a multi-layered printed circuit board including a ground wiring layer in these electrical devices as well, it is possible to realize compact, low-cost electrical devices with reduced common mode noise.

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。 Note that the embodiment may be specified by the following items.

［項目１］
インバータ部（２０）が実装されたプリント基板（ＰＢ）と、
前記プリント基板（ＰＢ）を収容する筐体（Ｆｇ）と、を備え、
前記プリント基板（ＰＢ）は、前記インバータ部（２０）に接続される配線層（Ｗ１、Ｗ２）と、アース配線層（Ｗｇ）を含む多層構造で構成され、
前記アース配線層（Ｗｇ）と前記筐体（Ｆｇ）が一点で電気的に接続され、前記筐体（Ｆｇ）とアースが別の接続箇所で電気的に接続されることを特徴とする電気機器（１）。
これによれば、インバータ部（２０）に含まれるスイッチング素子（Ｑ２１－Ｑ２４）から発生するコモンモードノイズを低減することができる。
［項目２］
前記インバータ部（２０）の交流側は電力系統に接続されており、
前記プリント基板（ＰＢ）は、前記電力系統のＵ相の電線が接続されるＵ相配線（Ｗｕ）が形成される第１配線層、前記電力系統のＷ相の電線が接続されるＷ相配線（Ｗｗ）が形成される第２配線層、前記電力系統のＯ相の電線が接続されるＯ相配線（Ｗｏ）が形成される第３配線層と、前記アース配線層（Ｗｇ）を含むことを特徴とする項目１に記載の電気機器（１）。
これによれば、インバータ部（２０）の交流側で発生するコモンモードノイズを低減することができる。
［項目３］
前記インバータ部（２０）の直流側は直流電源（２）に接続されており、
前記プリント基板（ＰＢ）は、前記直流電源（２）のプラス配線が接続されるＰ極配線（Ｗｐ）が形成される第１配線層、前記直流電源（２）のマイナス配線が接続されるＮ極配線（Ｗｎ）が形成される第２配線層、前記アース配線層（Ｗｇ）を含むことを特徴とする項目１に記載の電気機器（１）。
これによれば、インバータ部（２０）の直流側で発生するコモンモードノイズを低減することができる。
［項目４］
前記第１配線層は、前記プリント基板（ＰＢ）の一方の表面に形成され、
前記第２配線層は、前記プリント基板（ＰＢ）の反対側の表面に形成され、
前記アース配線層（Ｗｇ）は、前記プリント基板（ＰＢ）の積層方向の中間に形成されることを特徴とする項目２または３に記載の電気機器（１）。
これによれば、一方のコモンモードノイズによる電流ループが大きくなることを抑制することができる。
［項目５］
前記インバータ部（２０）に含まれるスイッチング素子（Ｑ２１－Ｑ２４）が接続される配線上にコモンモードチョークコイル（Ｌｃ）が接続され、
前記アース配線層（Ｗｇ）と前記筐体（Ｆｇ）は、前記スイッチング素子（Ｑ２１－Ｑ２４）と前記コモンモードチョークコイル（Ｌｃ）との間の領域内の位置で電気的に接続されることを特徴とする項目１から４のいずれか１項に記載の電気機器（１）。
これによれば、コモンモードノイズが筐体（Ｆｇ）に回ることを抑制することができる。
［項目６］
前記アース配線層（Ｗｇ）は、前記プリント基板（ＰＢ）のビア（Ｖ１）を通る導電性の接続部材（Ｓ１）を介して、前記筐体（Ｆｇ）と電気的に接続されることを特徴とする項目１から５のいずれか１項に記載の電気機器（１）。
これによれば、アース配線層（Ｗｇ）と筐体（Ｆｇ）を１点で電気的に接続することができる。 [Item 1]
a printed circuit board (PB) on which an inverter section (20) is mounted;
A housing (Fg) that houses the printed circuit board (PB),
The printed circuit board (PB) has a multilayer structure including wiring layers (W1, W2) connected to the inverter section (20) and a ground wiring layer (Wg),
An electric device, wherein the ground wiring layer (Wg) and the housing (Fg) are electrically connected at one point, and the housing (Fg) and the ground are electrically connected at another connection point. (1).
This makes it possible to reduce common mode noise generated from the switching elements (Q21-Q24) included in the inverter section (20).
[Item 2]
The AC side of the inverter section (20) is connected to a power system,
The printed circuit board (PB) includes a first wiring layer formed with a U-phase wiring (Wu) to which a U-phase electric wire of the electric power system is connected, and a W-phase wiring to which a W-phase electric wire of the electric power system is connected. (Ww) formed thereon, a third wiring layer formed with O-phase wiring (Wo) to which the O-phase electric wire of the electric power system is connected, and the ground wiring layer (Wg). The electrical equipment (1) according to item 1, characterized by:
According to this, common mode noise generated on the AC side of the inverter section (20) can be reduced.
[Item 3]
The DC side of the inverter section (20) is connected to a DC power supply (2),
The printed circuit board (PB) includes a first wiring layer formed with a P pole wiring (Wp) to which the positive wiring of the DC power supply (2) is connected, and an N wiring layer to which the negative wiring of the DC power supply (2) is connected. 2. Electrical equipment (1) according to item 1, characterized in that it comprises a second wiring layer, said ground wiring layer (Wg), in which the pole wiring (Wn) is formed.
According to this, it is possible to reduce common mode noise generated on the DC side of the inverter section (20).
[Item 4]
The first wiring layer is formed on one surface of the printed circuit board (PB),
The second wiring layer is formed on the opposite surface of the printed circuit board (PB),
4. The electric device (1) according to item 2 or 3, wherein the ground wiring layer (Wg) is formed in the middle of the printed circuit board (PB) in the stacking direction.
According to this, it is possible to suppress the current loop from increasing due to common mode noise on one side.
[Item 5]
A common mode choke coil (Lc) is connected to the wiring to which the switching elements (Q21-Q24) included in the inverter section (20) are connected,
The ground wiring layer (Wg) and the housing (Fg) are electrically connected at a position within the region between the switching elements (Q21-Q24) and the common mode choke coil (Lc). 5. Electrical equipment (1) according to any one of items 1 to 4, characterized in that:
According to this, it is possible to suppress common mode noise from circulating to the housing (Fg).
[Item 6]
The ground wiring layer (Wg) is electrically connected to the housing (Fg) through a conductive connecting member (S1) passing through vias (V1) of the printed circuit board (PB). 6. The electrical equipment (1) according to any one of items 1 to 5.
According to this, the ground wiring layer (Wg) and the housing (Fg) can be electrically connected at one point.

１電力変換装置、２太陽電池、１０コンバータ部、２０インバータ部、３０フィルタ部、４０系統配線接続部、Ｂｄ直流バス、Ｌｄ直流リアクトル、Ｌａ１，Ｌａ２交流リアクトル、Ｌｈ１，Ｌｈ２高域用コモンモードチョークコイル、Ｌｌ１，Ｌｌ２低域用コモンモードチョークコイル、Ｌｃ１－Ｌｃ４広帯域コモンモードチョークコイル、Ｄ１１ダイオード、Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ２３，Ｑ２４スイッチング素子、Ｃｄ，Ｃｘ，Ｃｙコンデンサ、Ｃｆ浮遊容量、Ｆｇ筐体アース、５０コア材、５１ａ第１の導線、５１ｂ第２の導線、５２台座部、５３ａ第１の端子部、５３ｂ第２の端子部、５４ａ－５４ｃ固定部材、ＰＢ１，ＰＢ２，ＰＢ３プリント基板、Ｗｇアース配線層、Ｗ１第１配線パターン、Ｗ２第２配線パターン、ＷｕＵ相配線パターン、ＷｏＯ相配線パターン、ＷｗＷ相配線パターン、ＷｐＰ極配線パターン、ＷｎＮ極配線パターン、Ｔ１第１接続部、Ｔ２第２接続部、ＴｕＵ相接続部、ＴｏＯ相接続部、ＴｗＷ相接続部、ＴｐＰ極接続部、ＴｎＮ極接続部。 1 power conversion device 2 solar cell 10 converter section 20 inverter section 30 filter section 40 system wiring connection section Bd DC bus Ld DC reactor La1, La2 AC reactor Lh1, Lh2 common mode choke for high range Coils Ll1, Ll2 Low-band common mode choke coils Lc1-Lc4 Broadband common mode choke coils D11 Diodes Q11, Q21, Q22, Q23, Q24 Switching elements Cd, Cx, Cy Capacitors Cf Stray capacitance Fg Housing body earth 50 core material 51a first conductor 51b second conductor 52 pedestal 53a first terminal 53b second terminal 54a-54c fixing member PB1, PB2, PB3 printed circuit board , Wg ground wiring layer, W1 first wiring pattern, W2 second wiring pattern, Wu U-phase wiring pattern, Wo O-phase wiring pattern, Ww W-phase wiring pattern, Wp P-pole wiring pattern, Wn N-pole wiring pattern, T1 th 1 connection T2 second connection Tu U phase connection To O phase connection Tw W phase connection Tp P pole connection Tn N pole connection

Claims

a printed circuit board on which an inverter part is mounted;
A housing that accommodates the printed circuit board,
The printed circuit board has a multilayer structure including a wiring layer connected to the inverter section and a ground wiring layer,
An electrical device, wherein the ground wiring layer and the housing are electrically connected at one point, and the housing and the ground are electrically connected at another connection point.

The AC side of the inverter section is connected to a power system,
The printed circuit board includes a first wiring layer formed with a U-phase wiring to which a U-phase wire of the power system is connected, and a second wiring layer formed with a W-phase wire to which a W-phase wire of the power system is connected. 2. The electrical equipment according to claim 1, further comprising a wiring layer, a third wiring layer in which an O-phase wiring is formed to which an O-phase electric wire of the electric power system is connected, and the ground wiring layer.

A DC side of the inverter section is connected to a DC power supply,
The printed circuit board includes a first wiring layer formed with P-pole wiring connected to the positive wiring of the DC power supply, a second wiring layer formed with N-pole wiring connected to the negative wiring of the DC power supply, and 2. The electrical equipment of claim 1, including a ground wiring layer.

The first wiring layer is formed on one surface of the printed circuit board,
The second wiring layer is formed on the opposite surface of the printed circuit board,
4. The electrical equipment according to claim 2, wherein the ground wiring layer is formed in the middle of the printed circuit board in the stacking direction.

A common mode choke coil is connected to the wiring to which the switching element included in the inverter section is connected,
5. The apparatus according to claim 1, wherein said ground wiring layer and said housing are electrically connected at a position within a region between said switching element and said common mode choke coil. Electrical equipment as described.

6. The ground wiring layer according to any one of claims 1 to 5, wherein the ground wiring layer is electrically connected to the housing via a conductive connection member passing through vias of the printed circuit board. electrical equipment.