JP4219907B2 - ノイズ抑制回路 - Google Patents
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Description
「トランジスタ技術 SPECIAL No.44」、CQ出版株式会社、1994年3月1日発行、p5(図6)
fh>f
を満足し、かつ、第1の巻線と第2の巻線とが磁気結合しているときの直列共振回路全体の共振周波数をfhm、磁気結合しているときの並列共振回路の共振周波数をfmとしたとき、
fhm≧fm
を満足するものである。
なお、第1の巻線と第2の巻線との磁気結合は強い方が好ましい。すなわち、第1の巻線と第2の巻線との結合係数をk1としたとき、理想的にはk1≒1であることが好ましい。
特に、第1の巻線と第2の巻線との磁気結合が強い方が、移動後の自己共振点よりもさらに高域側において、減衰特性がより良好に保たれる。
このような条件を満足することにより、より良好な減衰特性が得られる。
この場合、共通のコアを介して第1の巻線と第2の巻線とを互いに磁気結合するので、簡易な構成で各巻線を磁気結合させることができ、小型化も容易となる。
fh>f
を満足し、かつ、第1の巻線と第2の巻線とが磁気結合しているときの直列共振回路全体の共振周波数をfhm、磁気結合しているときの並列共振回路の共振周波数をfmとしたとき、
fhm≧fm
を満足するものである。
なお、第1の巻線と第2の巻線との磁気結合は強い方が好ましい。すなわち、第1の巻線と第2の巻線との結合係数をk1としたとき、理想的にはk1≒1であることが好ましい。
特に、第1の巻線と第2の巻線との磁気結合が強い方が、移動後の自己共振点よりもさらに高域側において、減衰特性がより良好に保たれる。
このような条件を満足することにより、より良好な減衰特性が得られる。本発明の第2の観点に係るノイズ抑制回路では、2つのコアを用いて第1の巻線に第2の巻線を等価的に磁気結合するようにしているので、第1の巻線と第2の巻線との磁気結合を強く保った状態で、このようなインダクタンスの条件を満足しやすい回路を実現できる。
μ1>μ2
を満足することが好ましい。
これにより、第1の巻線と第2の巻線との間の磁気結合を等価的に強く保ったまま第2の巻線全体でのインダクタンスを小さくすることが容易となる。例えば第1のコアの透磁率μ1と第2のコアの透磁率μ2とを適当な条件に設定することで、第1の巻線の1ターン当たりのインダクタンスに対し、第2の巻線全体でのインダクタンスを小さくすることが容易となる。
fh>f
を満足し、さらに、第1の巻線と第2の巻線とが磁気結合(k1≒1)しているときの第1の直列共振回路全体の共振周波数をfhm、磁気結合しているときの第1の並列共振回路の共振周波数をfmとし、かつ、第3の巻線と第4の巻線とが磁気結合(k2≒1)しているときの第2の直列共振回路全体の共振周波数もfhm、磁気結合しているときの第2の並列共振回路の共振周波数もfmとしたとき、
fhm≧fm
を満足するものである。
なお、第1の巻線と第2の巻線との磁気結合は強い方が好ましい。すなわち、第1の巻線と第2の巻線との結合係数をk1としたとき、理想的にはk1≒1であることが好ましい。また、第3の巻線と第4の巻線との磁気結合も強い方が好ましい。すなわち、第3の巻線と第4の巻線との結合係数をk2としたとき、理想的にはk2≒1であることが好ましい。
特に、第1および第2の巻線間の磁気結合と第3および第4の巻線間の磁気結合が強い方が、移動後の自己共振点よりもさらに高域側において、減衰特性がより良好に保たれる。
このような条件を満足することにより、より良好な減衰特性が得られる。
この場合、第2の巻線と第4の巻線とが共通化されていることで、第2の巻線と第4の巻線とを別々に設ける場合に比べて簡易な構成で実現でき、小型化も容易となる。
この場合、簡易な構成で各巻線を磁気結合させることができ、小型化も容易となる。
かつ、k1,k2=0とみなしたときの第2の直列共振回路における第2のキャパシタと寄生インダクタとによる共振周波数もfhとし、k1,k2=0とみなしたときの第2の並列共振回路の共振周波数もfとしたとき、
fh>f
を満足し、さらに、第1の巻線と第2の巻線とが磁気結合しているときの第1の直列共振回路全体の共振周波数をfhm、磁気結合しているときの第1の並列共振回路の共振周波数をfmとし、
かつ、第3の巻線と第2の巻線とが磁気結合しているときの第2の直列共振回路全体の共振周波数もfhm、磁気結合しているときの第2の並列共振回路の共振周波数もfmとしたとき、
fhm≧fm
を満足するものである。
なお、第1の巻線と第2の巻線との磁気結合は強い方が好ましい。すなわち、第1の巻線と第2の巻線との結合係数をk1としたとき、理想的にはk1≒1であることが好ましい。また、第3の巻線と第2の巻線との磁気結合も強い方が好ましい。すなわち、第3の巻線と第2の巻線との結合係数をk2としたとき、理想的にはk2≒1であることが好ましい。
特に、第1および第2の巻線間の磁気結合と第3および第2の巻線間の磁気結合が強い方が、移動後の自己共振点よりもさらに高域側において、減衰特性がより良好に保たれる。
μ1>μ2
を満足することが好ましい。
これにより、第1および第3の巻線と第2の巻線との間の磁気結合を等価的に強く保ったまま、第2の巻線全体でのインダクタンスを小さくすることが容易となる。例えば第1のコアの透磁率μ1と第2のコアの透磁率μ2とを適当な条件に設定することで、第1および第3の巻線の1ターン当たりのインダクタンスに対し、第2の巻線全体でのインダクタンスを小さくすることが容易となる。
[第1の実施の形態]
図4に示したように、第1の巻線11全体(第1のインダクタL1)でのインダクタンスをLL、第2の巻線全体(第2のインダクタL2)でのインダクタンスをxL、キャパシタC1のキャパシタンスをdCとする。また、第1の巻線11の1ターン当たりのインダクタンスをLL1とする。また、寄生キャパシタC10のキャパシタンスをxC、寄生インダクタL10のインダクタンスをaLとする。また、第1の巻線11と第2の巻線12との結合係数をk1とする。
xL<<LL
特に、第1の巻線11の1ターン当たりのインダクタンスLL1以下となっていることがより好ましい。すなわち、
xL≦LL1
また、第1の巻線11と第2の巻線12との磁気結合は強い方が好ましい。すなわち、結合係数k1が理想的にはk1≒1であることが好ましい。
fh>f
を満足することが好ましい。
fhm≧fm
を満足することが好ましい。
このノイズ抑制回路では、従来のノーマルモード用のLCフィルタ回路(図20)を改善したノーマルモードノイズ抑制用の回路が構成される。このノイズ抑制回路では、第1の巻線11に第2の巻線12が磁気結合され、その第2の巻線12のインダクタンスxLが上述した適当な条件に設定されていることで、第1の巻線11に寄生キャパシタC10が生じて自己共振点がある場合であっても、その自己共振点を高域側に移動させることが可能となる。これにより、寄生キャパシタC10の影響が等価的に低減され、良好な減衰特性が得られる。以下、シミュレーションにより、このノイズ抑制回路の特性を詳しく考察する。
・回路条件
入出力インピーダンス=50Ω
第1の巻線11のインダクタンスLL=1mH
キャパシタC1のキャパシタンスdC=1000pF
寄生キャパシタC10のキャパシタンスxC=10pF
寄生インダクタL10のインダクタンスaL=10nH
結合係数k1=1
fh>f
fhm≧fm
を満足することが好ましい。
特に本実施の形態では、共通のコア10を介して第1の巻線11と第2の巻線12とを互いに磁気結合しているので、簡易な構成で各巻線を磁気結合させることができ、小型化も容易となる。
[第2の実施の形態]
上記第1の実施の形態に係るノイズ抑制回路は、第2の巻線12全体でのインダクタンスxLが、第1の巻線11の1ターン当たりのインダクタンスLL1以下となっている(xL≦LL1)ことを1つの条件としている。また、第1の巻線11と第2の巻線12との磁気結合は強い方が好ましい(理想的には結合係数k1≒1)。しかしながら、共通のコア10を介して第1の巻線11と第2の巻線12とを互いに直接的に磁気結合する構成の場合、第1の巻線11と第2の巻線12との磁気結合を強く保ったまま、xL≦LL1の条件を満たし、1ターン当たりのインダクタンスLL1よりも小さなインダクタンスにすることは困難である。
μ1>μ2
を満足し、また、形状、および巻数を適切に設定することで、第1の巻線11に対して第2の巻線12のインダクタンスを小さくすることができる。また、第1の巻線11と第2の巻線12の線材を異なるもので構成しても良い。
M11=k11√L1×L2
M12=k12√xL1×xL
となる。なお、√L1×L2はL1×L2の平方根、√xL1×xLはxL1×xLの平方根を表す。
xL1>>L2、かつ、
k11,k12≒1
とすることで、等価的に第1の巻線11と第2の巻線12とを高結合状態(k1≒1)にすることができる。すなわち図13(A)に示した回路を、等価的に図13(B)に示した回路と同じと考えることができる。この場合、第1および第2の結合用巻線41,42により損失が発生するものの、それは十分に無視できる。この場合、等価的にはコア10における1次側と2次側の巻線間の相互インダクタンスM1に関し、
M1=k1√LL×xL
が成り立つ。なお、√LL×xLはLL×xLの平方根を表す。従って、図11に示した本実施の形態に係るノイズ抑制回路は、等価的に図2に示した第1の実施の形態に係るノイズ抑制回路と同じと考えることができる。
[第3の実施の形態]
図14は、本実施の形態に係るノイズ抑制回路の一構成例を示している。本実施の形態は、コモンモードノイズを抑制する回路に関するものである。なお、上記第1および第2の実施の形態に係るノイズ抑制回路と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
xL<<LL
xL≦LL1
また、第1の巻線11と第2の巻線12との磁気結合は強い方が好ましい。すなわち、結合係数k1が理想的にはk1≒1であることが好ましい。同様に、第3の巻線13と第4の巻線14との磁気結合は強い方が好ましい。すなわち、結合係数をk2とすると、理想的にはk2≒1であることが好ましい。
fh>f
を満足することが好ましい。同様に、k1,k2=0とみなしたときの第2の直列共振回路6−2における第2のキャパシタC2と寄生インダクタL20とによる共振周波数(キャパシタC2の自己共振周波数)もfhとし、k1,k2=0とみなしたときの第2の並列共振回路の共振周波数もfとしたとき、上記関係を満たすことが好ましい。
fhm≧fm
を満足することが好ましい。同様に、第3の巻線13と第4の巻線14とが磁気結合しているとき(理想的にはk2≒1のとき)の第2の直列共振回路6−2全体の共振周波数もfhm、磁気結合しているときの第2の並列共振回路の共振周波数もfmとしたとき、上記関係を満たすことが好ましい。
このノイズ抑制回路では、従来のコモンモード用のLCフィルタ回路(図21)を改善したコモンモードノイズ抑制用の回路が構成される。このノイズ抑制回路では、第1の巻線11に第2の巻線12が磁気結合されると共に第3の巻線13に第4の巻線14が磁気結合され、その第2の巻線12のインダクタンスxLと第4の巻線のインダクタンスxLとが上述した適当な条件に設定されていることで、第1の巻線11と第3の巻線13とに寄生キャパシタC10,C20が生じて自己共振点がある場合であっても、その自己共振点を高域側に移動させることが可能となる。これにより、寄生キャパシタC10,C20の影響が等価的に低減され、良好な減衰特性が得られる。
特に本実施の形態では、共通のコア10を介して第1および第2の巻線11,12、ならび第3および第4の巻線13,14を互いに磁気結合しているので、簡易な構成で各巻線を磁気結合させることができ、小型化も容易となる。
<第3の実施の形態の変形例>
[第4の実施の形態]
上記第3の実施の形態に係るノイズ抑制回路は、第2の巻線12全体でのインダクタンスxLが、第1の巻線11の1ターン当たりのインダクタンスLL1以下となっている(xL≦LL1)ことを1つの条件としている。同様に、第4の巻線14全体でのインダクタンスxLが、第3の巻線13の1ターン当たりのインダクタンスLL1以下となっていることを1つの条件としている。また、第1の巻線11と第2の巻線12との磁気結合は強い方が好ましい(理想的には結合係数k1≒1)。同様に、第3の巻線13と第4の巻線14との磁気結合は強い方が好ましい(理想的には結合係数k2≒1)。しかしながら、共通のコア10を介して各巻線を互いに直接的に磁気結合する構成の場合、各巻線の磁気結合を強く保ったまま、xL≦LL1の条件を満たし、1ターン当たりのインダクタンスLL1よりも小さなインダクタンスにすることは困難である。
μ1>μ2
を満足し、また、形状、および巻数を適切に設定することで、第1および第3の巻線11,13に対して第2の巻線12のインダクタンスを小さくすることができる。また、第1および第3の巻線11,13と第2の巻線12との線材を異なるもので構成しても良い。
・回路条件
入出力インピーダンス=50Ω
第1および第3の巻線11,13の各インダクタンスLL=2.5mH(29ターン巻き)
キャパシタC1,C2の各キャパシタンスdC=1000pF
第1の結合用巻線41のインダクタンス=3μH(1ターン巻き)
第2の巻線12のインダクタンスxL=50nH(1ターン巻き)
第2の結合用巻線42のインダクタンス=18ターン巻き
Claims (13)
- 第1および第2の導電線上を伝搬するノイズを抑制するノイズ抑制回路であって、
前記第1の導電線上に設けられた第1の巻線と、
互いに直列的に接続されたキャパシタおよび第2の巻線を含み、一端が前記第1の導電線に接続され他端が前記第2の導電線に接続された直列回路と
を備え、
前記第1の巻線と前記第2の巻線とが互いに磁気結合されていると共に、前記第2の巻線全体でのインダクタンスが、前記第1の巻線全体でのインダクタンスよりも小さく設定され、
かつ、前記第1の巻線と前記第1の巻線の寄生キャパシタとにより等価的に並列共振回路が形成されると共に、前記直列回路における前記第2の巻線と前記キャパシタとそのキャパシタの寄生インダクタとにより等価的に直列共振回路が形成されており、
前記第1の巻線と前記第2の巻線との結合係数をk1とし、k1=0とみなしたときの前記直列共振回路における前記キャパシタと前記寄生インダクタとによる共振周波数をfhとし、k1=0とみなしたときの前記並列共振回路の共振周波数をfとしたとき、
fh>f
を満足し、かつ、前記第1の巻線と前記第2の巻線とが磁気結合しているときの前記直列共振回路全体の共振周波数をfhm、前記磁気結合しているときの前記並列共振回路の共振周波数をfmとしたとき、
fhm≧fm
を満足する
ことを特徴とするノイズ抑制回路。 - 前記第2の巻線全体でのインダクタンスが、前記第1の巻線の1ターン当たりのインダクタンス以下となっている
ことを特徴とする請求項1に記載のノイズ抑制回路。 - 前記第1の巻線と前記第2の巻線とが共通に巻かれたコアをさらに備え、
前記共通のコアを介して前記第1の巻線と前記第2の巻線とが互いに直接的に磁気結合されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載のノイズ抑制回路。 - 第1および第2の導電線上を伝搬するノイズを抑制するノイズ抑制回路であって、
前記第1の導電線上に設けられた第1の巻線と、
互いに直列的に接続されたキャパシタおよび第2の巻線を含み、一端が前記第1の導電線に接続され他端が前記第2の導電線に接続された直列回路と、
1次側に前記第1の巻線が巻かれた第1のコアと、
前記第1のコアの2次側に巻かれた第1の結合用巻線と、
2次側に前記第2の巻線が巻かれた第2のコアと、
前記第1の結合用巻線に接続されると共に前記第2のコアの1次側に巻かれた第2の結合用巻線と
を備え、
前記第1および第2の結合用巻線を介して前記第1の巻線と前記第2の巻線とが互いに等価的に磁気結合されていると共に、前記第2の巻線全体でのインダクタンスが、前記第1の巻線全体でのインダクタンスよりも小さく設定され、
かつ、前記第1の巻線と前記第1の巻線の寄生キャパシタとにより等価的に並列共振回路が形成されると共に、前記直列回路における前記第2の巻線と前記キャパシタとそのキャパシタの寄生インダクタとにより等価的に直列共振回路が形成されており、
前記第1の巻線と前記第2の巻線との結合係数をk1とし、k1=0とみなしたときの前記直列共振回路における前記キャパシタと前記寄生インダクタとによる共振周波数をfhとし、k1=0とみなしたときの前記並列共振回路の共振周波数をfとしたとき、
fh>f
を満足し、かつ、前記第1の巻線と前記第2の巻線とが磁気結合しているときの前記直列共振回路全体の共振周波数をfhm、前記磁気結合しているときの前記並列共振回路の共振周波数をfmとしたとき、
fhm≧fm
を満足する
ことを特徴とするノイズ抑制回路。 - 前記第1のコアの透磁率をμ1、前記第2のコアの透磁率をμ2としたとき、
μ1>μ2
を満足する
ことを特徴とする請求項4に記載のノイズ抑制回路。 - 前記第2の巻線全体でのインダクタンスが、前記第1の巻線の1ターン当たりのインダクタンス以下となっている
ことを特徴とする請求項4または5に記載のノイズ抑制回路。 - 第1および第2の導電線上を伝搬するノイズを抑制するノイズ抑制回路であって、
前記第1の導電線上に設けられた第1の巻線と、
互いに直列的に接続された第1のキャパシタおよび第2の巻線を含み、一端が前記第1の導電線に接続され他端が接地接続された第1の直列回路と、
前記第2の導電線上に設けられると共に、前記第1の巻線に磁気結合された第3の巻線と、
互いに直列的に接続された第2のキャパシタおよび第4の巻線を含み、一端が前記第2の導電線に接続され他端が接地接続された第2の直列回路と
を備え、
前記第1の巻線と前記第2の巻線とが互いに磁気結合されていると共に、前記第3の巻線と前記第4の巻線とが互いに磁気結合され、かつ、前記第2の巻線全体でのインダクタンスが、前記第1の巻線全体でのインダクタンスよりも小さく設定されると共に、前記第4の巻線全体でのインダクタンスが、前記第3の巻線全体でのインダクタンスよりも小さく設定され、
かつ、前記第1の巻線と前記第1の巻線の寄生キャパシタとにより等価的に第1の並列共振回路が形成されると共に、前記第2の巻線と前記第1のキャパシタと前記第1のキャパシタの寄生インダクタとにより等価的に第1の直列共振回路が形成され、
前記第3の巻線と前記第3の巻線の寄生キャパシタとにより等価的に第2の並列共振回路が形成されると共に、前記第4の巻線と前記第2のキャパシタと前記第2のキャパシタの寄生インダクタとにより等価的に第2の直列共振回路が形成されており、
前記第1の巻線と前記第2の巻線との結合係数をk1、前記第3の巻線と前記第4の巻線との結合係数をk2とし、k1,k2=0とみなしたときの前記第1の直列共振回路における前記第1のキャパシタと前記寄生インダクタとによる共振周波数をfhとし、k1,k2=0とみなしたときの前記第1の並列共振回路の共振周波数をfとし、
かつ、k1,k2=0とみなしたときの前記第2の直列共振回路における前記第2のキャパシタと前記寄生インダクタとによる共振周波数もfhとし、k1,k2=0とみなしたときの前記第2の並列共振回路の共振周波数もfとしたとき、
fh>f
を満足し、さらに、前記第1の巻線と前記第2の巻線とが磁気結合しているときの前記第1の直列共振回路全体の共振周波数をfhm、前記磁気結合しているときの前記第1の並列共振回路の共振周波数をfmとし、
かつ、前記第3の巻線と前記第4の巻線とが磁気結合しているときの前記第2の直列共振回路全体の共振周波数もfhm、前記磁気結合しているときの前記第2の並列共振回路の共振周波数もfmとしたとき、
fhm≧fm
を満足する
ことを特徴とするノイズ抑制回路。 - 前記第2の巻線全体でのインダクタンスが、前記第1の巻線の1ターン当たりのインダクタンス以下であり、
かつ、前記第4の巻線全体でのインダクタンスが、前記第3の巻線の1ターン当たりのインダクタンス以下となっている
ことを特徴とする請求項7に記載のノイズ抑制回路。 - 前記第1の直列回路の前記第1のキャパシタの一端が前記第1の導電線に接続されると共に、前記第2の直列回路の前記第2のキャパシタの一端が前記第2の導電線に接続され、
かつ、前記第1の直列回路の前記第2の巻線と前記第2の直列回路の前記第4の巻線とが共通化され、その共通化された巻線の一端が、前記第1および第2の直列回路の各キャパシタの他端に接続されると共に、他端が接地され、
その共通化された巻線が前記第1の巻線と前記第3の巻線とに磁気結合されている
ことを特徴とする請求項7または8に記載のノイズ抑制回路。 - 前記共通化された巻線と前記第1の巻線と前記第3の巻線とが共通に巻かれたコアをさらに備え、その共通のコアを介して、前記各巻線が互いに直接的に磁気結合されている
ことを特徴とする請求項9に記載のノイズ抑制回路。 - 第1および第2の導電線上を伝搬するノイズを抑制するノイズ抑制回路であって、
前記第1の導電線上に設けられた第1の巻線と、
一端が前記第1の導電線に接続された第1のキャパシタと、
一端が前記第1のキャパシタの他端に接続されると共に他端が接地され、前記第1のキャパシタと共に第1の直列回路を構成する第2の巻線と、
前記第2の導電線上に設けられると共に、前記第1の巻線に磁気結合された第3の巻線と、
一端が前記第2の導電線に接続されると共に他端が前記第2の巻線の一端に接続され、前記第2の巻線と共に第2の直列回路を構成する第2のキャパシタと、
前記第1の巻線と前記第3の巻線とが共通に巻かれた第1のコアと、
前記第1の巻線および前記第3の巻線と共に前記第1のコアに共通に巻かれた第1の結合用巻線と、
2次側に前記第2の巻線が巻かれた第2のコアと、
前記第1の結合用巻線に接続されると共に前記第2のコアの1次側に巻かれた第2の結合用巻線と
を備え、
前記第1および第2の結合用巻線を介して、前記第2の巻線と前記第1の巻線と前記第3の巻線とが互いに等価的に磁気結合されると共に、前記第2の巻線全体でのインダクタンスが、前記第1の巻線全体でのインダクタンスおよび前記第3の巻線全体でのインダクタンスよりも小さく設定され、
かつ、前記第1の巻線と前記第1の巻線の寄生キャパシタとにより等価的に第1の並列共振回路が形成されると共に、前記第1の直列回路を構成する前記第2の巻線および前記第1のキャパシタと前記第1のキャパシタの寄生インダクタとにより等価的に第1の直列共振回路が形成され、
前記第3の巻線と前記第3の巻線の寄生キャパシタとにより等価的に第2の並列共振回路が形成されると共に、前記第2の直列回路を構成する前記第2の巻線および前記第2のキャパシタと前記第2のキャパシタの寄生インダクタとにより等価的に第2の直列共振回路が形成されており、
前記第1の巻線と前記第2の巻線との結合係数をk1、前記第3の巻線と前記第2の巻線との結合係数をk2とし、k1,k2=0とみなしたときの前記第1の直列共振回路における前記第1のキャパシタと前記寄生インダクタとによる共振周波数をfhとし、k1,k2=0とみなしたときの前記第1の並列共振回路の共振周波数をfとし、
かつ、k1,k2=0とみなしたときの前記第2の直列共振回路における前記第2のキャパシタと前記寄生インダクタとによる共振周波数もfhとし、k1,k2=0とみなしたときの前記第2の並列共振回路の共振周波数もfとしたとき、
fh>f
を満足し、さらに、前記第1の巻線と前記第2の巻線とが磁気結合しているときの前記第1の直列共振回路全体の共振周波数をfhm、前記磁気結合しているときの前記第1の並列共振回路の共振周波数をfmとし、
かつ、前記第3の巻線と前記第2の巻線とが磁気結合しているときの前記第2の直列共振回路全体の共振周波数もfhm、前記磁気結合しているときの前記第2の並列共振回路の共振周波数もfmとしたとき、
fhm≧fm
を満足する
ことを特徴とする記載のノイズ抑制回路。 - 前記第1のコアの透磁率をμ1、前記第2のコアの透磁率をμ2としたとき、
μ1>μ2
を満足する
ことを特徴とする請求項11に記載のノイズ抑制回路。 - 前記第2の巻線全体でのインダクタンスが、前記第1の巻線の1ターン当たりのインダクタンス以下であり、かつ、前記第3の巻線の1ターン当たりのインダクタンス以下となっている
ことを特徴とする請求項11または12に記載のノイズ抑制回路。
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