JP3637777B2 - noise filter - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバーターなどの電力変換器を構成する半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波するノイズフィルターに関する。
【0002】
【従来の技術】
インバーターなどの電力変換器を構成する半導体スイッチ素子のスイッチング動作は、キャリア周波数を数kHzから十数kHz程度にパルス幅変調(PWM)された駆動信号に基づいて行われ、このスイッチング動作に際して、数十kHz以上の周波数成分のスイッチングノイズがこの電力変換器から発生する。
【0003】
近年、上記スイッチングノイズの周波数成分のうち、百kHz以上の成分が外部機器に与える悪影響を抑制すべく、電力変換器に種々の法的規制が敷かれている。このような規制に対応するために電力変換器用のノイズフィルターを電力変換器に設置している。
【0004】
この種の電力変換器用ノイズフィルターとしては、フェライト、非晶質合金、結晶合金などからなるコアに電線を巻回してなる単体のリアクトルと、フィルムやチップなどからなる単体のコンデンサとを、例えば逆L形に接続してノイズフィルターを構成したものが知られている。
【0005】
半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズは、かかるノイズフィルターによって濾波されるが、この種のノイズフィルターとして用いられるリアクトルは一般にトロイダル形状をしており、また、コンデンサはピン挿入型で扁平状、円筒状などの形状をしているので、これらを電力変換器の内部のプリント基板上に実装する場合、個々の体積以上の実装空間を必要とするという問題があった。また、この種のノイズフィルターを個別配線により装着する場合には、接続箇所が多く、個々の部品の固定方法も複雑になるという問題があった。
【0006】
この問題を解決するため、渦巻き形状またはフープ形状に加工した金属線からなるノイズフィルターが提案された。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明においては十分な交流絶縁耐電圧(Break Down Voltage)(以下、「BDV(AC)」と表す)を確保する必要がある。具体的には、BDV(AC)がAC3000Vを確保する必要があるが、提案されたノイズフィルターでは、かかる要求を満足させることができなかった。特に、高い誘電率を有し、かつ厚さが薄く小型の誘電体シートを用いたノイズフィルターであって、しかもBDV(AC)がAC3000Vを満たすものは存在しなかった。また、従来の製造方法は複雑であり、実用的ではなく、またコストの面においても問題があった。
【0008】
本発明は上記問題点を解決すべくなされたものであり、本発明の目的は、高い誘電率および高いBDV(AC)を有し、かつ小型で薄型のノイズフィルターを提供することにある。また、本発明の他の目的は、製造コストの安いノイズフィルターを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のノイズフィルターは、電力変換器を構成する半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波するためのノイズフィルターであって、BaTiOを主成分とし、BaSnO を副成分とし、さらに添加剤としてAl を含有するか、またはBaTiO を主成分とし、BaZrO およびCaTiO を含み、さらに添加剤としてBa(Zn 、Nb 1−x )O (x=0.4〜0.8)を含有する誘電体セラミックスからなり、厚さが100μm〜1mmで交流絶縁耐電圧が3000V以上である誘電体シートの両面にそれぞれ導体を対向して配置し、該誘電体シートおよび導体が一体となってインダクタの機能とコンデンサの機能とを兼ね備える回路を形成し、前記2つの導体のうち一方の導体に前記電力変換器の主回路の電流を通流し、前記2つの導体のうち他方にはアース線が接続されていて前記一方の導体から前記誘電体シートを介して流れ込む前記スイッチングノイズに基づく電流をアースに導くことを特徴とする。
【0010】
ここで、誘電体セラミックスは、BaTiO3 を主成分とし、BaSnO3 を副成分とし、さらに添加剤としてAl23 を1〜6モル%の範囲内で含有する誘電体セラミックスであることができる。
【0011】
また、誘電体セラミックスは、BaTiO3 を主成分とし、BaZrO3 およびCaTiO3 を含み、さらに添加剤としてBa(Znx 、Nb1-x )O3 (x=0.4〜0.8)を0.5〜6モル%の範囲内で含有する誘電体セラミックスであることができる。
【0012】
ここで、インダクタの機能とコンデンサの機能とを兼ね備える回路は、渦巻き形状を有することができる。
【0013】
また、ノイズフィルターを2つ以上直列状態で接続してもよい。
【0014】
また、ノイズフィルターを2つで1セットとし、このセットを2個以上並列状態で接続してもよい。
【0015】
本発明によれば、誘電体シートに用いられてきた従来の誘電率の高いBaTiO3 系セラミックスの組成を改良することにより、BDV(AC)を向上させることができる。かかる効果は、BaTiO3 の粒子と粒子との間の粒界を、誘電率は低いがBDV(AC)が高い添加物で満たすことにより、セラミックス全体のBDV(AC)を向上させることによるものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、各図において、同一機能を有する部材は同一符号を付して表した。
【0017】
図1(a)はノイズフィルターの外観を、図1(b)はノイズフィルターを図1(a)の線AAで切ったときの断面図を示す。
【0018】
図1(a)および図1(b)において、2は誘電体シートであり、本発明においては、BaTiO3 系セラミックスからなる。なお、BaTiO3 系セラミックスについては後述する。
【0019】
誘電体シート2の厚さは、100μm〜1mm位の範囲内であることが好ましく、特に0.5〜0.9mmの範囲であることが好ましい。
【0020】
誘電体シート2の一方の面(表面)には、インダクタ兼コンデンサの機能をもつ渦巻き形状のパターンのインダクタ用導体1が形成されている。インダクタ用導体1は、主回路(例えば、電力変換器の回路)の電流を通流させる機能を有する。なお、インダクタ用導体1は、渦巻き状のコイルパターンと、このコイルパターンと同形状の打ち抜き状コイルとが半田付けされた二層構造でもよく、この構造では打ち抜きコイルが電流を通流させる機能を有する。
【0021】
誘電体シート2の他方の面(裏面)には、インダクタ用導体1と対向した位置にアース用導体3が形成されている。アース用導体3は、両末端がリード線と接合されていて、ノイズ成分の電流を通流させる機能を有する。ここでいう「ノイズ成分の電流」とは、インダクタ用導体1における主回路パターンに流れる電流が誘電体シート2を介してアース用導体3に流れ込むノイズ成分による電流をいう。
【0022】
なお、誘電体シート2には、複数枚のノイズフィルターを積層する際、ノイズフィルター相互の位置決めをしたり固定するために利用される貫通孔(図示せず)が予め形成されていてもよい。
【0023】
このノイズフィルター10を複数枚積層して用いる場合には、各ノイズフィルターのインダクタ用導体の端部同士を直列状態で接続し、接続されない2つの端部を電気的な入出力端子として利用することができる。同様に、アース用導体も直列状態で接続して用いることができる。ただし、複数枚のノイズフィルターを積層する場合には、各ノイズフィルター間に絶縁シートが挟持されている。
【0024】
図2(a)〜(c)は、4枚のノイズフィルターを積層して用いる電力変換器用ノイズフィルターの構成を概念的に示す斜視図であり、図2(a)および(c)は磁性体分割コアの外観を示す斜視図であり、(b)はノイズフィルターを4個積層した状態を示す斜視図である。
【0025】
図2(b)に示すようにノイズフィルター10には中央部分にそれぞれ貫通孔11が予め形成されていて、ノイズフィルターを積層する際の相互固定に利用される。この積層したノイズフィルターを上下方向から図2(a)に示す磁性体分割コア4aおよび図2(c)に示す磁性体分割コア4bを用いて挟み込み、高分子樹脂材料等で封止する。これにより、4個のノイズフィルター10が一筺体内に収められることになる。なお、磁性体分割コア4a,4b内の中央部には、位置決めおよび固定用の突起部11a,11bがそれぞれ形成されている。また、磁性体分割コア4a,4bは、入出力端子のリード線を外部に取り出すために、一辺に開口部12a,12bが形成された構造となっている。磁性体分割コア4a,4bの材料としては、例えばフェライトコアを用いることができる。
【0026】
本発明においては4個のノイズフィルターは2個を直列状態で接続したものを1セットとし、この1セットを2個並列状態で用いてもよい。図2(b)に示すように、1セットの一方のノイズフィルター10の渦巻き形状のパターンを逆巻きパターンとすることにより、貫通孔11を通して導体の端部を容易に接続することができる。この場合には、各セットの一端を入力導体に、他方の一端を電力変換器等にそれぞれ接続して用いる。かかる2セットのノイズフィルターを用いる場合の製造方法は、特願平9−233080号明細書第10〜14頁に開示されている。
【0027】
ノイズフィルターを複数枚接続することにより、コイルのターン数を増やし、インダクタを向上させることができる。
【0028】
本発明において、誘電体シート2はBaTiO3 系セラミックスからなる。かかるBaTiO3 系セラミックスは2成分系でも3成分系でもよいが、これらに限定されるものではない。例えば2成分系としては、BaTiO3 −BaSnO3 を主成分としAl23 を1〜6モル%含有する誘電体セラミックスであることが好ましい。かかる誘電体セラミックスでは、BaTiO3 系セラミックス粒界にAl23 を析出させることによって、誘電率を低下させることなくBDV(AC)特性を向上させることができる。ここで、Snはキュリー温度を低温側にシフトさせるためのシフターである。BaTiO3 とBaSnO3 の割合は適宜選択することができるが、本発明においては、BaTiO3 :BaSnO3 =0.95:0.05〜0.70:0.3であることが好ましく、さらにはBaTiO3 :BaSnO3 =0.75:0.25であることが特に好ましい。
【0029】
BaTiO3 系セラミックスの比誘電率は、キュリー温度付近(約120℃)では6000〜7000であるが、何も添加しないBaTiO3 およびBaSnO3 のみからなる誘電体セラミックスを用いるとBDV(AC)特性は非常に低くなり、電力変換用ノイズフィルターに要求される交流(AC)で3000V以上のBDV(AC)を満たすことができない。誘電体シートの厚さを厚くすれば3000V以上のBDV(AC)を達成することはできるが、コンデンサとしての容量が低下してしまう。また、ノイズフィルターの小型化のためにはその厚さはできるだけ薄いほうがよい。
【0030】
また3成分系としては、BaTiO3 を主成分とし、BaZrO3 を副成分とし、かつCaTiO3 を含み、さらに添加剤としてBa(Znx ,Nb1-x )O3 を0.5〜6モル%含有する誘電体セラミックスであることが好ましい。ただし、x=0.4〜0.8であり、x=0.5であることが特に好ましい。ここでZrはシフターであり、Caはキュリー温度付近での誘電率の温度特性を平坦化するためのデプレッサーである。Ba(Znx ,Nb1-x )O3 は常誘電性であり、これを添加することによりBDV(AC)特性を向上させることができる。3成分を構成するBaTiO3 とBaZrO3 とCaTiO3 の割合は適宜選択することができるが、本発明においては、BaTiO3 :BaZrO3 :CaTiO3 =0.7〜0.9:0.15〜0.25:0.01〜0.1であることが好ましく、さらにはBaTiO3 :BaZrO3 :CaTiO3 =0.75:0.20:0.05であることが特に好ましい。
【0031】
【実施例】
以下に実施例を用いて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0032】
実施例1
誘電体シートが2成分系のBaTiO3 系セラミックスである場合について検討する。図3に、誘電体セラミックスとして0.75BaTiO3 −0.25BaSnO3 にAl23 を添加した場合の、その添加量とBDV(AC)との関係およびその添加量と比誘電率との関係を示す。Al23 の添加量に対するBDV(AC)の値は左縦軸から、Al23 の添加量に対する比誘電率(εr )の値は右縦軸から読みとる。ただし、誘電体セラミックスの焼成温度は1350℃である。
【0033】
電力変換用ノイズフィルターの誘電体シートに用いられる誘電体セラミックスの仕様は、比誘電率が約3000、BDV(AC)が実行値で3000V以上を満足することが必要である。したがって、誘電体シートの厚さが0.7mmである場合にはBDV(AC)4300V/mmの電界強度が必要であり、また比誘電率は3000以上が必要である。これらの値を満足するAl23 の添加量は、図3のグラフから3〜6モル%であればよいことが分かる。また、誘電体シートの厚さが1mmならば、BDV(AC)3000V/mm以上の電界強度が必要であり、かつ比誘電率が3000以上を満たさなければならないので、図3のグラフからAl23 の添加量は1〜6モル%であることが分かる。誘電体シートの厚さは適宜選択されるものであり、その厚さに従って、0.75BaTiO3 −0.25BaSnO3 を主成分とするセラミックスではAl23 は1〜6モル%の範囲内の量で添加されるとよいことが分かった。
【0034】
かかる誘電体セラミックスを用いて図1に示すようなノイズフィルターを作製した。これを4枚用いて2枚ずつの2セットとし、これを図2に示すような磁性体分割コアに実装した。磁性体分割コアの開口部からは、1セットめのノイズフィルターの入出力端子と、2セットめのノイズフィルターの入出力端子とがリード線で引き出された形となる。これらの突出したリード端子をプリント配線基板のソケット等にピン挿入された形で表面実装の形で半田接合し、基板と一体化された1つの実装部品を作製した。
【0035】
実施例2
誘電体シートが3成分系のBaTiO3 系セラミックスである場合について検討する。図4に、誘電体セラミックスとして0.75BaTiO3 −0.20BaZrO3 −0.05CaTiO3 にBa(Zn0.5 ,Nb0.5 )O3 を添加した場合における、BDV(AC)または比誘電率に及ぼす影響を示す。Ba(Zn0.5 ,Nb0.5 )O3 の添加量に対するBDV(AC)の値は左縦軸から、Ba(Zn0.5 ,Nb0.5 )O3 の添加量に対する比誘電率(εr )の値は右縦軸から読みとる。ただし、焼成温度は1200℃である。
【0036】
電力変換用ノイズフィルターの誘電シートに用いられる誘電セラミックスの仕様は、上述のとおり、比誘電率が約3000、BDV(AC)が実行値で3000V以上を満足することが必要である。したがって、誘電体シートの厚さが0.5mmである場合にはBDV(AC)6000V/mmの電界強度が必要であり、また比誘電率は3000以上が必要である。これらの値を満足するBa(Zn0.5 ,Nb0.5 )O3 の添加量は、図4のグラフから1.8〜6モル%であり、2モル%の添加でAC3000V以上のBDV(AC)を達成することができることが分かる。また、誘電体シートの厚さが1mmならば、BDV(AC)3000V/mm以上の電界強度が必要であり、かつ比誘電率が3000以上を満たさなければならないので、図4のグラフからBa(Zn0.5 ,Nb0.5 )O3 の添加量は0.5〜6モル%であることが分かる。よって誘電体シートの厚さにしたがって、0.75BaTiO3 −0.20BaZrO3 −0.05CaTiO3 を主成分とするセラミックスではBa(Zn0.5 ,Nb0.5 )O3 を0.5〜6モル%の範囲内で添加すればよいことが分かった。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、高い誘電率と高いBDVを有し、かつ小型で厚さが薄いノイズフィルターを得ることができた。また、本発明によれば、簡単な製造工程により作製されるので実装が容易で、安価なノイズフィルターを得ることができた。さらに本発明においては、薄い誘電体シートを使用するので、大きな静電容量を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)はノイズフィルターの模式的斜視図であり、(b)は(a)における線AAで切った時の断面図である。
【図2】(a)は磁性体分割コアの斜視図を示し、(b)はノイズフィルターの斜視図を示し、(c)は磁性体分割コアの斜視図を示す。
【図3】BaTiO3 −BaSnO3 系セラミックスのBDV(AC)または比誘電率とAl23 の添加量との関係を示すグラフである。
【図4】BaTiO3 −BaZrO3 −CaTiO3 系セラミックスのBDV(AC)または比誘電率のBa(Zn0.5 ,Nb0.5 )O3 の添加量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 インダクタ用導体
2 誘電体シート
3 アース用導体
4a,4b 磁性体分割コア
10 電力変換用ノイズフィルター
11 貫通孔
11a,11b 突起部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a noise filter that filters switching noise generated in accordance with a switching operation of a semiconductor switch element that constitutes a power converter such as an inverter.
[0002]
[Prior art]
The switching operation of the semiconductor switch element constituting the power converter such as an inverter is performed based on a drive signal pulse-width-modulated (PWM) with a carrier frequency of about several kHz to several tens of kHz. Switching noise having a frequency component of 10 kHz or more is generated from the power converter.
[0003]
In recent years, various legal regulations have been put on power converters in order to suppress the adverse effects of components above 100 kHz on frequency components of the switching noise on external devices. In order to comply with such regulations, a noise filter for a power converter is installed in the power converter.
[0004]
As this type of noise filter for a power converter, for example, a single reactor formed by winding an electric wire around a core made of ferrite, an amorphous alloy, a crystal alloy, etc., and a single capacitor made of a film, a chip, etc. are reversed. A noise filter connected to an L shape is known.
[0005]
Switching noise generated by the switching operation of the semiconductor switch element is filtered by such a noise filter, but the reactor used as this type of noise filter is generally toroidal, and the capacitor is a pin insertion type. Since it has a shape such as a flat shape or a cylindrical shape, when these are mounted on a printed circuit board inside the power converter, there is a problem that a mounting space larger than each volume is required. Further, when this type of noise filter is mounted by individual wiring, there are many connection points, and there is a problem that the fixing method of individual parts becomes complicated.
[0006]
In order to solve this problem, a noise filter made of a metal wire processed into a spiral shape or a hoop shape has been proposed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the present invention, it is necessary to ensure a sufficient AC insulation breakdown voltage (Break Down Voltage) (hereinafter referred to as “BDV (AC)”). Specifically, BDV (AC) needs to ensure AC 3000 V, but the proposed noise filter cannot satisfy such a requirement. In particular, there is no noise filter using a small dielectric sheet having a high dielectric constant and a small thickness, and BDV (AC) satisfies AC 3000V. Further, the conventional manufacturing method is complicated, not practical, and has a problem in terms of cost.
[0008]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a small and thin noise filter having a high dielectric constant and a high BDV (AC). Another object of the present invention is to provide a noise filter with a low manufacturing cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The noise filter of the present invention is a noise filter for filtering switching noise generated in association with the switching operation of the semiconductor switch element constituting the power converter, and has BaTiO 3 as a main component and BaSnO 3 as a subcomponent. Further , it contains Al 2 O 3 as an additive , or contains BaTiO 3 as a main component , contains BaZrO 3 and CaTiO 3 , and further contains Ba (Zn x , Nb 1-x ) O 3 (x = 0). .4 to 0.8), a conductor is disposed on both sides of a dielectric sheet having a thickness of 100 μm to 1 mm and an AC insulation withstand voltage of 3000 V or more. The sheet and the conductor are integrated to form a circuit having both the function of an inductor and the function of a capacitor. The current of the main circuit of the power converter is passed through one of the conductors, and the other of the two conductors is connected to a ground wire and flows through the dielectric sheet from the one conductor It is characterized in that a current based on noise is guided to the ground.
[0010]
Here, the dielectric ceramic may be a dielectric ceramic containing BaTiO 3 as a main component, BaSnO 3 as a subcomponent, and further containing Al 2 O 3 as an additive in a range of 1 to 6 mol%. .
[0011]
The dielectric ceramic is mainly composed of BaTiO 3 , contains BaZrO 3 and CaTiO 3 , and further contains Ba (Zn x , Nb 1-x ) O 3 (x = 0.4 to 0.8) as an additive. The dielectric ceramic may be contained within a range of 0.5 to 6 mol%.
[0012]
Here, the circuit having both the function of the inductor and the function of the capacitor can have a spiral shape.
[0013]
Two or more noise filters may be connected in series.
[0014]
Alternatively, two noise filters may be used as one set, and two or more sets may be connected in parallel.
[0015]
According to the present invention, BDV (AC) can be improved by improving the composition of conventional BaTiO 3 ceramics having a high dielectric constant that has been used for dielectric sheets. This effect is due to the improvement of the BDV (AC) of the entire ceramic by filling the grain boundary between the BaTiO 3 particles with an additive having a low dielectric constant but high BDV (AC). is there.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the member which has the same function was attached | subjected and represented with the same code | symbol.
[0017]
FIG. 1A shows the appearance of the noise filter, and FIG. 1B shows a cross-sectional view of the noise filter taken along the line AA in FIG.
[0018]
1 (a) and 1 (b), reference numeral 2 denotes a dielectric sheet, which in the present invention is made of BaTiO 3 ceramics. The BaTiO 3 ceramics will be described later.
[0019]
The thickness of the dielectric sheet 2 is preferably in the range of about 100 μm to 1 mm, and particularly preferably in the range of 0.5 to 0.9 mm.
[0020]
On one surface (front surface) of the dielectric sheet 2, an inductor conductor 1 having a spiral pattern having the function of an inductor and a capacitor is formed. The inductor conductor 1 has a function of passing a current of a main circuit (for example, a circuit of a power converter). The inductor conductor 1 may have a two-layer structure in which a spiral coil pattern and a punched coil having the same shape as the coil pattern are soldered. In this structure, the punched coil has a function of passing a current. Have.
[0021]
On the other surface (back surface) of the dielectric sheet 2, a grounding conductor 3 is formed at a position facing the inductor conductor 1. The grounding conductor 3 is joined to the lead wire at both ends, and has a function of passing a noise component current. Here, the “noise component current” refers to a noise component current that flows in the main circuit pattern in the inductor conductor 1 and flows into the ground conductor 3 through the dielectric sheet 2.
[0022]
The dielectric sheet 2 may be previously formed with through holes (not shown) used for positioning and fixing the noise filters when a plurality of noise filters are stacked.
[0023]
When a plurality of the noise filters 10 are stacked, the ends of the inductor conductors of each noise filter are connected in series, and the two unconnected ends are used as electrical input / output terminals. Can do. Similarly, a grounding conductor can be connected and used in series. However, when a plurality of noise filters are stacked, an insulating sheet is sandwiched between the noise filters.
[0024]
FIGS. 2A to 2C are perspective views conceptually showing the configuration of a noise filter for a power converter that uses four noise filters laminated, and FIGS. 2A and 2C are magnetic bodies. It is a perspective view which shows the external appearance of a division | segmentation core, (b) is a perspective view which shows the state which laminated | stacked four noise filters.
[0025]
As shown in FIG. 2 (b), the noise filter 10 has a through hole 11 formed in advance in the center portion, and is used for mutual fixation when the noise filters are stacked. The laminated noise filter is sandwiched from above and below using a magnetic material split core 4a shown in FIG. 2A and a magnetic material split core 4b shown in FIG. 2C, and sealed with a polymer resin material or the like. As a result, the four noise filters 10 are accommodated in a single housing. In addition, positioning and fixing projections 11a and 11b are respectively formed in the central portions of the magnetic body split cores 4a and 4b. The magnetic cores 4a and 4b have a structure in which openings 12a and 12b are formed on one side in order to take out the lead wires of the input / output terminals to the outside. As a material of the magnetic body split cores 4a and 4b, for example, a ferrite core can be used.
[0026]
In the present invention, the four noise filters may be a set of two connected in series, and two of these sets may be used in parallel. As shown in FIG. 2B, the end portions of the conductors can be easily connected through the through holes 11 by making the spiral pattern of one noise filter 10 of one set into a reverse winding pattern. In this case, one end of each set is connected to an input conductor and the other end is connected to a power converter or the like. A manufacturing method using such two sets of noise filters is disclosed in Japanese Patent Application No. 9-233080, pages 10-14.
[0027]
By connecting a plurality of noise filters, the number of turns of the coil can be increased and the inductor can be improved.
[0028]
In the present invention, the dielectric sheet 2 is made of BaTiO 3 ceramics. Such BaTiO 3 ceramics may be two-component or three-component, but are not limited thereto. For example, the two-component system is preferably a dielectric ceramic containing BaTiO 3 —BaSnO 3 as a main component and containing 1 to 6 mol% of Al 2 O 3 . In such dielectric ceramics, BDV (AC) characteristics can be improved without lowering the dielectric constant by precipitating Al 2 O 3 at the BaTiO 3 ceramic grain boundaries. Here, Sn is a shifter for shifting the Curie temperature to the low temperature side. The ratio of BaTiO 3 and BaSnO 3 can be appropriately selected. In the present invention, BaTiO 3 : BaSnO 3 = 0.95: 0.05 to 0.70: 0.3 is preferable, and It is particularly preferable that BaTiO 3 : BaSnO 3 = 0.75: 0.25.
[0029]
The relative dielectric constant of the BaTiO 3 ceramics is 6000 to 7000 near the Curie temperature (about 120 ° C.). However, when dielectric ceramics composed only of BaTiO 3 and BaSnO 3 are used, the BDV (AC) characteristics are as follows. It becomes very low, and BDV (AC) of 3000 V or more cannot be satisfied with alternating current (AC) required for a noise filter for power conversion. If the thickness of the dielectric sheet is increased, a BDV (AC) of 3000 V or more can be achieved, but the capacity as a capacitor is reduced. In addition, the thickness of the noise filter should be as thin as possible in order to reduce the size of the noise filter.
[0030]
As a three-component system, BaTiO 3 is the main component, BaZrO 3 is a minor component, CaTiO 3 is included, and Ba (Zn x , Nb 1-x ) O 3 is added in an amount of 0.5 to 6 mol as an additive. % Of dielectric ceramics is preferable. However, it is particularly preferable that x = 0.4 to 0.8 and x = 0.5. Here, Zr is a shifter, and Ca is a depressor for flattening the temperature characteristic of the dielectric constant near the Curie temperature. Ba (Zn x , Nb 1-x ) O 3 is paraelectric, and by adding it, the BDV (AC) characteristics can be improved. The proportion of BaTiO 3 , BaZrO 3 and CaTiO 3 constituting the three components can be appropriately selected. In the present invention, BaTiO 3 : BaZrO 3 : CaTiO 3 = 0.7 to 0.9: 0.15 0.25: is preferably 0.01 to 0.1, more BaTiO 3: BaZrO 3: CaTiO 3 = 0.75: 0.20: and particularly preferably 0.05.
[0031]
【Example】
Examples are described below, but the present invention is not limited to these examples.
[0032]
Example 1
Consider the case where the dielectric sheet is a two-component BaTiO 3 ceramic. FIG. 3 shows the relationship between the addition amount and BDV (AC) and the relationship between the addition amount and the relative dielectric constant when Al 2 O 3 is added to 0.75BaTiO 3 -0.25BaSnO 3 as the dielectric ceramic. Indicates. The value of BDV (AC) to the addition amount of Al 2 O 3 is from left vertical axis, the value of the dielectric constant with respect to the addition amount of Al 2 O 3 (epsilon r) is read from the right ordinate axis. However, the firing temperature of the dielectric ceramic is 1350 ° C.
[0033]
The specifications of the dielectric ceramics used for the dielectric sheet of the power conversion noise filter are required to satisfy a relative dielectric constant of about 3000 and a BDV (AC) of 3000 V or more as an effective value. Therefore, when the thickness of the dielectric sheet is 0.7 mm, an electric field strength of BDV (AC) 4300 V / mm is necessary, and the relative dielectric constant is 3000 or more. It can be seen from the graph of FIG. 3 that the added amount of Al 2 O 3 that satisfies these values may be 3 to 6 mol%. Further, if the thickness of the dielectric sheet 1 mm, BDV (AC) is required 3000 V / mm or more field strength, and since the dielectric constant must satisfy more than 3000, Al 2 from the graph of FIG. 3 amount of O 3 is found to be 1-6 mol%. The thickness of the dielectric sheet is appropriately selected, and according to the thickness, Al 2 O 3 is in the range of 1 to 6 mol% in the ceramic mainly composed of 0.75BaTiO 3 -0.25BaSnO 3 . It has been found that it may be added in an amount.
[0034]
Using such dielectric ceramics, a noise filter as shown in FIG. 1 was produced. Two of these were used to form two sets, each of which was mounted on a magnetic material split core as shown in FIG. From the opening of the magnetic material split core, the input / output terminals of the first set of noise filters and the input / output terminals of the second set of noise filters are drawn out by lead wires. These projecting lead terminals were solder-bonded in a surface-mounted form with pins inserted into a socket or the like of a printed wiring board to produce one mounting component integrated with the board.
[0035]
Example 2
Consider the case where the dielectric sheet is a ternary BaTiO 3 ceramic. FIG. 4 shows the effect on BDV (AC) or relative permittivity when Ba (Zn 0.5 , Nb 0.5 ) O 3 is added to 0.75BaTiO 3 −0.20BaZrO 3 −0.05CaTiO 3 as dielectric ceramics. Indicates. The value of BDV (AC) with respect to the addition amount of Ba (Zn 0.5 , Nb 0.5 ) O 3 is from the left vertical axis, and the value of the relative dielectric constant (ε r ) with respect to the addition amount of Ba (Zn 0.5 , Nb 0.5 ) O 3 is Read from the right vertical axis. However, the firing temperature is 1200 ° C.
[0036]
As described above, the specifications of the dielectric ceramics used for the dielectric sheet of the power conversion noise filter are required to satisfy a relative dielectric constant of about 3000 and a BDV (AC) of 3000 V or more as an effective value. Therefore, when the thickness of the dielectric sheet is 0.5 mm, an electric field strength of BDV (AC) 6000 V / mm is necessary, and a relative dielectric constant of 3000 or more is necessary. The addition amount of Ba (Zn 0.5 , Nb 0.5 ) O 3 satisfying these values is 1.8 to 6 mol% from the graph of FIG. 4, and BDV (AC) of AC 3000 V or more is obtained by addition of 2 mol%. It can be seen that it can be achieved. In addition, if the thickness of the dielectric sheet is 1 mm, an electric field strength of BDV (AC) 3000 V / mm or more is required and the relative dielectric constant must satisfy 3000 or more. It can be seen that the added amount of Zn 0.5 , Nb 0.5 ) O 3 is 0.5 to 6 mol%. Therefore, according to the thickness of the dielectric sheet, the ceramic containing 0.75BaTiO 3 −0.20BaZrO 3 −0.05CaTiO 3 as the main component contains Ba (Zn 0.5 , Nb 0.5 ) O 3 in an amount of 0.5 to 6 mol%. It was found that it should be added within the range.
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, a small and thin noise filter having a high dielectric constant and a high BDV can be obtained. Further, according to the present invention, since it is manufactured by a simple manufacturing process, it is easy to mount and an inexpensive noise filter can be obtained. Furthermore, since a thin dielectric sheet is used in the present invention, a large capacitance can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic perspective view of a noise filter, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
2A is a perspective view of a magnetic body split core, FIG. 2B is a perspective view of a noise filter, and FIG. 2C is a perspective view of a magnetic body split core.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between BDV (AC) or relative dielectric constant of BaTiO 3 —BaSnO 3 ceramics and the amount of Al 2 O 3 added.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the addition amount of BDV (AC) or relative dielectric constant of Ba (Zn 0.5 , Nb 0.5 ) O 3 in BaTiO 3 —BaZrO 3 —CaTiO 3 series ceramics.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inductor conductor 2 Dielectric sheet | seat 3 Grounding conductors 4a and 4b Magnetic body split core 10 Power conversion noise filter 11 Through-holes 11a and 11b Protrusion

Claims (6)

電力変換器を構成する半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波するためのノイズフィルターであって、BaTiOを主成分とし、BaSnO を副成分とし、さらに添加剤としてAl を含有するか、またはBaTiO を主成分とし、BaZrO およびCaTiO を含み、さらに添加剤としてBa(Zn 、Nb 1−x )O (x=0.4〜0.8)を含有する誘電体セラミックスからなり、厚さが100μm〜1mmで交流絶縁耐電圧が3000V以上である誘電体シートの両面にそれぞれ導体を対向して配置し、該誘電体シートおよび導体が一体となってインダクタの機能とコンデンサの機能とを兼ね備える回路を形成し、前記2つの導体のうち一方の導体に前記電力変換器の主回路の電流を通流し、前記2つの導体のうち他方にはアース線が接続されていて前記一方の導体から前記誘電体シートを介して流れ込む前記スイッチングノイズに基づく電流をアースに導くことを特徴とするノイズフィルター。A noise filter for filtering switching noise generated in accordance with a switching operation of a semiconductor switch element constituting a power converter, which is composed mainly of BaTiO 3 , BaSnO 3 as a subcomponent, and Al 2 as an additive. O 3 is contained or contains BaTiO 3 as a main component , contains BaZrO 3 and CaTiO 3 , and further contains Ba (Zn x , Nb 1-x ) O 3 (x = 0.4 to 0.8). Conductors are arranged opposite to each other on both sides of a dielectric sheet having a thickness of 100 μm to 1 mm and an AC insulation withstand voltage of 3000 V or more, and the dielectric sheet and the conductor are integrated. A circuit having both the function of an inductor and the function of a capacitor is formed, and the power is applied to one of the two conductors. A current of the main circuit of the converter is passed, and a ground wire is connected to the other of the two conductors, and a current based on the switching noise flowing from the one conductor through the dielectric sheet is guided to the ground. A noise filter characterized by that. 前記誘電体セラミックスが、BaTiOを主成分とし、BaSnOを副成分とし、さらに添加剤としてAlを1〜6モル%の範囲内で含有する誘電体セラミックスであることを特徴とする請求項1に記載のノイズフィルター。The dielectric ceramic is a dielectric ceramic containing BaTiO 3 as a main component, BaSnO 3 as a subcomponent, and further containing Al 2 O 3 as an additive in a range of 1 to 6 mol%. The noise filter according to claim 1. 前記誘電体セラミックスが、BaTiOを主成分とし、BaZrOおよびCaTiOを含み、さらに添加剤としてBa(Zn、Nb1−x)O(x=0.4〜0.8)を0.5〜6モル%の範囲内で含有する誘電体セラミックスであることを特徴とする請求項1に記載のノイズフィルター。The dielectric ceramic contains BaTiO 3 as a main component, BaZrO 3 and CaTiO 3 , and Ba (Zn x , Nb 1-x ) O 3 (x = 0.4 to 0.8) as an additive is 0. The noise filter according to claim 1, wherein the noise filter is a dielectric ceramic contained within a range of 5 to 6 mol%. 前記インダクタの機能とコンデンサの機能とを兼ね備える回路が、渦巻き形状を有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のノイズフィルター。  The noise filter according to any one of claims 1 to 3, wherein the circuit having both the function of the inductor and the function of the capacitor has a spiral shape. 請求項1から4のいずれかに記載のノイズフィルターを2つ以上直列状態で接続することを特徴とするノイズフィルター。  Two or more noise filters according to any one of claims 1 to 4 are connected in series. 請求項1から4のいずれかに記載のノイズフィルターを2つで1セットとし、該セットを2個以上並列状態で接続することを特徴とするノイズフィルター。  The noise filter according to any one of claims 1 to 4, wherein two noise filters are used as one set, and two or more sets are connected in parallel.
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