JP3156440B2 - スイッチング電源装置 - Google Patents

スイッチング電源装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、交流電源系統に接続
された他の電子機器に対してスイッチング電源装置が雑
音源となることを防止するラインフィルターを交流入力
側に備えたスイッチング電源に関する。
【0002】
【従来の技術】近年電子機器,殊にデジタル機器の氾濫
に伴って雑音による機器相互の干渉が問題となってお
り、個々の機器が外部雑音源に影響されず、かつその装
置自体が環境に対して雑音源にならない電磁環境適合性
(EMC)の確立が求められており、ことに交流電源系
統から電力の供給を受けて大きなパワ−のスイッチング
制御を行うタイプのスイッチング電源装置に対しては、
スイッチング電源装置自体が雑音源となって交流電源系
統にノイズを伝導放出しないことが求められており、例
えば、電子機器の狭帯域伝導放出標準としてその測定法
および限度値がCISPR(The International Special
Committee on Radio Interference) から推奨されてい
る。
【0003】図5は従来のスイッチング電源装置を示す
接続図であり、インバ−タ整流形のAC/DCコンバ−
タ回路を用いたスイッチング電源装置を例にその主回路
部分の構成を示したものである。図において、スイッチ
ング電源装置の主回路はAC/DCコンバ−タ回路1
と、その入力側に連結されたラインフィルタ−15とで
構成される。ラインフィルタ−15は交流電源系統11
に接続される交流入力端子12A,12Bに並列接続さ
れたコンデンサ16と、コモンモ−ドチョ−クコイル1
4とで構成される。コモンモ−ドチョ−クコイル14は
1つのコアに2つのコイル14A,14Bを密接して等
しい回数巻回したものからなり、一対のコイル14A,
14Bの反入力端子側はAC/DCコンバ−タ回路1の
整流ブリッジ2Dに接続される。
【0004】AC/DCコンバ−タ回路1は、コモンモ
−ドチョ−クコイル14を介して交流電流を受ける整流
ブリッジ2Dおよび平滑コンデンサ2Cからなる整流平
滑回路2と、その直流出力側に接続されたスイッチング
トランス4の一次巻線4Pとトランジスタなどのスイッ
チング素子3との直列回路と、スイッチングトランスの
二次巻線4Sに並列接続された主ダイオ−ド5および帰
還ダイオ−ド6の逆直列回路と、帰還ダイオ−ド6に並
列接続されたリアクトル7と平滑コンデンサ8の直列回
路と、平滑コンデンサ8の両端に設けた直流出力端子9
A,9Bとで構成される。
【0005】このように構成されたインバ−タ整流形の
AC/DCコンバ−タ回路1においては、整流平滑回路
2の出力直流電流をスイッチング素子3でオンオフ制御
することによって方形波交流電圧に変換し、スイッチン
グトランス4で電圧を調整した後、スイッチングトラン
スの二次巻線側の回路で再び整流し、交流出力端子に定
電圧制御された直流電圧を発生するものであり、スイッ
チング素子3を図示しない駆動回路によって時比率制御
して方形波の時間幅を変えるとともに、スイッチングト
ランス4の巻数比を選択することにより任意の出力電圧
を得ることができる。また、スイッチング素子3のスイ
ッチング周波数を高めることにより、スイッチングトラ
ンス,リアクトル,コンデンサなどの構成部品を小型化
し、スイッチング電源装置が小型化される。
【0006】一方、スイッチングトランス4の一次巻線
に流れる電流をスイッチング素子3が繰り返し遮断する
ことによって一次巻線4Pにスパイク電圧が発生し、こ
のスパイク電圧によってスイッチングトランスの一次巻
線回路,二次巻線回路をそれぞれ循環するノ−マルモ−
ドノイズと、両回路の対地浮遊静電容量を介して大地側
に漏れるコモンモ−ドノイズとが発生する。上記通流経
路が異なる二種類のノイズの内、ノ−マルモ−ドノイズ
は回路のコンデンサ2C,8,および16によって吸収
され、例えば、交流電源系統11側への流出が阻止され
る。また、1つのコアに2つのコイル14A,14Bを
密接して等しい回数巻回したコモンモ−ドチョ−クコイ
ル14は、2つのコイルのインダクタンスおよび相互イ
ンダクタンスが互いに等しい値を保持している。このた
め、2つのコイルを互いに逆向きに流れるノ−マルモ−
ドノイズ電流は、2つのコイルに発生するリアクタンス
電圧降下が互いに逆向きとなるため打ち消され、ノ−マ
ルモ−ドノイズに対してはノイズフィルタ−としての機
能を示さないが、2つのコイルを同じ方向に流れるコモ
ンモ−ドノイズ電流に対しては大きなリアクタンス電圧
降下を示し、交流電源系統11に流出するコモンモ−ド
ノイズを大幅に低減する機能が得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図6はプリント配線基
板に搭載された従来のスイッチング電源装置を模式化し
て示す配置図であり、狭い面積のプリント配線基板10
上に平面的に配置されたラインフィルター15とスイッ
チングトランス4との間には、浮遊静電容量Caおよび
Cbによる静電容量結合と、スイッチングトランス4の
漏れ磁束Φによる磁気結合とが発生するが、スイッチン
グトランス4に対する交流入力端子12A側のラインの
距離と12B側のラインの距離とに差があるため、静電
容量結合および磁気結合によって2つのラインに発生す
るノイズレベルに差が発生する。したがって、例えば交
流入力端子12A,12Bにラインインピーダンス安定
器52を介して交流電源系統11を接続した状態で、交
流電源系統側の対地ノイズ電圧(雑音端子電圧と呼ぶ)
をEMI受信機51によって測定した場合、雑音端子電
圧を期待する程には低減できないという問題が発生す
る。
【0008】この発明の目的は、ラインフィルターの構
造改善により、雑音端子電圧が低く、交流電源系統に対
して雑音源にならない電磁環境適合性(EMC)に優れ
たスイッチング電源装置を得ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この本発明によれば、交流電源系統に接続される整
流平滑回路と、この整流平滑回路に一次巻線が接続され
たスイッチングトランスと、前記整流平滑回路と一次巻
線との間に接続されたスイッチング素子とを含む回路
と、前記整流平滑回路とその交流入力端子との間に接続
されたラインフィルターとを備えたものにおいて、特性
が互いにほぼ等しい一対のコモンモードチョークコイル
間の接続線を互いに交差して接続したものをラインフィ
ルターに備えてなるものとする。
【0010】また、互いに交差したそれぞれの前記接続
線と、前記スイッチングトランスとの間の浮遊静電容量
が互いにほぼ等しくなる位置に前記スイッチングトラン
スを配置するとよい。さらに、互いに交差したそれぞれ
の前記接続線に対し、前記スイッチングトランスの漏れ
磁束が、互いにほぼ等しく鎖交する位置に前記スイッチ
ングトランス及び前記コモンモードチョークコイルを配
置するよい。
【0011】
【作用】この発明において、ラインフィルターは、特性
が互いにほぼ等しい2つのコモンモードチョークコイル
を用い、第1のコモンモードチョークコイルの2つの入
力は交流入力端子にそれぞれ接続され、2つの出力は第
2のコモンモードチョークコイルの2つの入力にそれぞ
れ接続された従属接続体と、交流入力端子に並列に接続
されたコンデンサとから構成されるものとする。この発
明は、特性が互いにほぼ等しい一対のコモンモードチョ
ークコイルを用い、この一対のコモンモードチョークコ
イル間の接続線を互いに交差して接続したものをライン
フィルターに備えるよう構成すれば、スイッチング電源
装置の内部で発生するノイズの阻止効果を高め、交流入
力端子のノイズを低減し、交流電源系統に接続された他
の電子機器に干渉を及ぼすことを防ぐことができる。
【0012】また、互いに交差したそれぞれの前記接続
線と、前記スイッチングトランスとの間の浮遊静電容量
が互いにほぼ等しくなる位置に前記スイッチングトラン
スを配置するよう構成すれば、例えばプリント配線基板
上において、一対の交流入力端子に接続された2つのラ
インとスイッチングトランスとの相対距離を均等化し、
静電容量結合によって2つのラインに発生するコモンモ
ードノイズを均等化できるので、不均等な静電容量結合
によってラインフィルターに生ずるコモンモードノイズ
を低減してコモンモードチョークコイルのノイズ阻止効
果を一層高め、雑音端子電圧を低減する機能が得られ
る。
【0013】さらに、互いに交差したそれぞれの前記接
続線に対し、前記スイッチングトランスの漏れ磁束が、
互いにほぼ等しくなる位置に前記スイッチングトランス
と前記コモンモードチョークコイルとを配置するよう構
成すれば、例えばプリント配線基板上において、スイッ
チングトランスの漏れ磁束が180°捩じれた8字状の
ループと鎖交する磁気結合によって2つのラインに発生
する起電力が打ち消されるので、ノーマルモードノイズ
に対しても大幅なノイズ低減機能が得られる。
【0014】
【実施例】以下、この発明を実施例に基いて説明する。
図1はこの発明の参考例になるスイッチング電源装置の
主回路部分を示す接続図であり、従来技術と同じ構成部
分には同一参照符号を付すことにより、重複した説明を
省略する。図において、ラインフィルター25は、一対
のコモンモードチョークコイル23,24を用い、コモ
ンモードチョークコイル23の2つの出力端子がコモン
モードチョークコイル24の2つの入力端子にそれぞれ
接続された従属接続体と、交流入力端子12A,12B
に並列接続されたコンデンサ16とで構成される。コモ
ンモードチョークコイル23,24はそのリアクタンス
値が従来のコモンモードチョークコイルの1/2程度の
小型に形成されることにより、コモンモードノイズの低
減効果に悪影響を及ぼすコイル23A,23B,24
A,24B等に並列な浮遊静電容量Cpを低減すること
が可能となり、かつこれが従属接続されることにより、
コモンモードノイズに対するコモンモードチョークコイ
ルのノイズ低減効果が高まるので、交流入力端子の対地
電圧である雑音端子電圧を低減し、スイッチング電源装
置がノイズ源となって交流電源系統11に接続された他
の電子機器に干渉を及ぼすことを防ぎ、スイッチング電
源装置の電磁環境適合性(EMC)を向上できる利点が
得られる。
【0015】図2はこの発明の実施例のスイッチング電
源装置の腰部を示す接続図、図3はプリント配線基板に
搭載された実施例になるスイッチング電源装置を模式化
して示す配置図である。図において、一対のコモンモー
ドチョークコイル23,24のコイルを相互に接続する
2本の接続線26を交差して接続するよう構成した点が
前述の参考例と異なっており、プリント配線基板10上
に図3に示すように配置される。
【0016】このように構成されたスイッチング電源装
置においては、交流入力端子12A側のラインにはスイ
ッチングトランス4から遠い位置にあるコイル23Aと
近い位置にあるコイル24Bとが直列接続され、交流入
力端子12B側のラインにはスイッチングトランス4か
ら近い位置にあるコイル23Bと遠い位置にあるコイル
24Aとが直列接続され、スイッチングトランス4と両
ラインとの間の距離が均等化されるので、浮遊静電容量
CaとCbが互いに等しく、この浮遊静電容量を介して
Aライン,Bラインに発生するコモンモ−ドノイズのレ
ベルも均等化されるので、コモンモ−ドチョ−クコイル
23,24のノイズ阻止効果を高め、雑音端子電圧を低
減できる利点が得られる。
【0017】一方、接続線26を交差することによりノ
−マルモ−ドノイズに対しては、2つのラインはその両
端がコンデンサ16および2Cで終端され、交差点で1
80°捩じれた8字状のル−プを形成することになるの
で、180°捩じれた2つのル−プに鎖交するスイッチ
ングトランスの漏れ磁束が等しくなるようコモンモ−ド
チョ−クコイル23,24とスイッチングトランス4と
をプリント配線基板10上に位置決めすることにより、
磁気結合によって2つのル−プに誘導される電圧は互い
に逆位相となって打ち消され、ノ−マルモ−ドノイズを
も大幅に低減できる利点が得られる。なお、端子12A
から流入した直流電流はコイル23A,24Bを通って
整流ブリッジ2Dで整流され、コイル24A,24Bを
逆向きに流れて端子12Bに還流するが、一対のコモン
モ−ドチョ−クコイルの各コイルのインダクタンス値が
互いに等しいので、還流電流に対するリアクタンス電圧
降下は打ち消され、コイルの抵抗電圧降下以上に大きな
電圧降下を生ずることなく交流電流をAC/DCコンバ
−タ回路1に供給することができる。
【0018】図4は実施例になるスイッチング電源装置
で得られた雑音端子電圧を従来のスイッチング電源装置
のそれと比較して示す特性線図であり、CISPRが推
奨する電子機器の狭帯域伝導放出測定法で測定した従来
のスイッチング電源装置(図4)の雑音端子電圧は比較例
曲線に示すように限度値曲線を越えているが、実施例に
なるスイッチング電源装置(図2)について得られた実施
例曲線は限度値を下回るレベルにまで低減され、この実
施例になるラインフィルター25がコモンモードノイズ
に対して大きなノイズ低減効果を有することが実証され
た。なお、ラインフィルター25は他の方式のAC/D
Cコンバータ回路と組み合わせても、コモンモードノイ
ズに対して大きなノイズ低減効果を示すことは、前述の
実施例についての説明から容易に推測することができ
る。
【0019】
【発明の効果】この発明は前述のように、請求項1に係
る発明においては、一対のコモンモードチョークコイル
間の接続線を互いに交差して接続するよう構成すること
により、スイッチング電源装置の内部で発生するノイズ
の阻止効果を高め、交流入力端子のノイズを低減し、交
流電源系統に接続された他の電子機器に干渉を及ぼすこ
とを防ぎ、電磁環境適合性に優れたスイッチング電源装
置を提供することができる。また、請求項2に係る発明
においては、A,B2つのラインとスイッチングトラン
スとの相対距離が均等化され、浮遊静電容量により2つ
のラインに発生するコモンモードノイズのレベルを均等
化してコモンモードノイズ低減効果が一層高まる。さら
に、請求項3に係る発明においては、ラインフィルター
が捩じれた8字状ループを形成し、磁気結合によって生
ずる起電力を打ち消し、ノーマルモードノイズに対して
も低減効果を得られる。
【0020】
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の参考例になるスイッチング電源装置
の主回路部分を示す接続図
【図2】この発明の実施例になるスイッチング電源装置
の主回路部分を示す接続図
【図3】プリント配線基板に搭載された実施例になるス
イッチング電源装置を模式化して示す配置図
【図4】実施例になるスイッチング電源装置で得られた
雑音端子電圧を従来のスイッチング電源装置のそれと比
較して示す特性線図
【図5】従来のスイッチング電源装置を示す接続図
【図6】プリント配線基板に搭載された従来のスイッチ
ング電源装置を模式化して示す配置図
【符号の説明】
1 AC/DCコンバ−タ回路 2 整流平滑回路 3 スイッチング素子 4 スイッチングトランス 5 主ダイオ−ド 6 帰還ダイオ−ド 7 リアクトル 8 平滑コンデンサ 10 プリント基板 11 交流電源系統 12A 交流入力端子 12B 交流入力端子 14 コモンモ−ドチョ−クコイル 15 ラインフィルタ− 16 コンデンサ 23 コモンモ−ドチョ−クコイル 24 コモンモ−ドチョ−クコイル 25 ラインフィルタ− 26 接続線 51 EMI受信機 52 ラインインピ−ダンス安定器

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流電源系統に接続される整流平滑回路
    と、この整流平滑回路に一次巻線が接続されたスイッチ
    ングトランスと、前記整流平滑回路と一次巻線との間に
    接続されたスイッチング素子とを含む回路と、前記整流
    平滑回路とその交流入力端子との間に接続されたライン
    フィルターとを備えたものにおいて、特性が互いにほぼ
    等しい一対のコモンモードチョークコイル間の接続線を
    互いに交差して接続したものをラインフィルターに備え
    てなることを特徴とするスイッチング電源装置。
  2. 【請求項2】互いに交差したそれぞれの前記接続線と、
    前記スイッチングトランスとの浮遊静電容量が互いにほ
    ぼ等しくなる位置に前記スイッチングトランスを配置す
    ることを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源装
    置。
  3. 【請求項3】互いに交差したそれぞれの前記接続線に対
    し、前記スイッチングトランスの漏れ磁束が、互いにほ
    ぼ等しく鎖交する位置に前記スイッチングトランス及び
    前記コモンモードチョークコイルを配置することを特徴
    とする請求項1記載のスイッチング電源装置。
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