JP4233273B2 - 複合共振回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能な複合共振回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング電源、インバータ、照明機器の点灯回路等のパワーエレクトロニクス機器は、電力の変換を行う電力変換回路を有している。この電力変換回路は、通常、２０ｋＨｚ以上の周波数の交流を用いて電力の変換を行っている。また、電力変換回路は、直流を矩形波の交流に変換するスイッチング回路を有している。
【０００３】
電力変換回路は、スイッチング回路のスイッチング周波数と等しい周波数のリップル電圧や、スイッチング回路のスイッチング動作に伴うノイズを発生させる。このリップル電圧やノイズは他の機器に悪影響を与える。そのため、電力変換回路と他の機器あるいは線路との間には、リップル電圧やノイズを低減する手段を設ける必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、リップル電圧やノイズを低減する手段としては、インダクタンス素子（インダクタ）とキャパシタとを含むフィルタ、いわゆるＬＣフィルタが使用される。
【０００５】
しかしながら、電力変換回路用のフィルタには、電力輸送用の直流または交流の電流が流れる。従って、電力変換回路用のフィルタには、電力輸送用の電流が流れている状態で所望の特性が得られることと、温度上昇に対する対策が要求される。そのため、通常、電力変換回路用のフィルタにおけるインダクタンス素子では、磁芯として、ギャップ付きのフェライト磁芯が用いられる。しかしながら、このようなインダクタンス素子では、その特性が、空芯のインダクタンス素子の特性に近づくため、所望の特性を実現するためにはインダクタンス素子が大型化するという問題点がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能で且つ小型化が可能な複合共振回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合共振回路は、互いに異なる共振特性を有し、且つ複合された複数の並列共振回路を含み、各並列共振回路の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有するものである。
【０００８】
本発明の複合共振回路では、複数の並列共振回路の共振特性が複合されて、複合共振特性が得られる。
【０００９】
本発明の複合共振回路において、複数の並列共振回路は、複数のインダクタンス要素を含む１つのインダクタンス素子と、このインダクタンス素子に接続された１以上のキャパシタとを有していてもよい。
【００１０】
インダクタンス素子は、１つの磁芯と、この磁芯に巻かれた複数の巻線とを有し、これらによって複数のインダクタンス要素が構成され、各巻線にはそれぞれ別個のキャパシタが接続されていてもよい。
【００１１】
また、インダクタンス素子は、接合された複数の磁芯と、各磁芯に巻かれた複数の巻線とを有し、これらによって複数のインダクタンス要素が構成され、各巻線にはそれぞれ別個のキャパシタが接続されていてもよい。この場合、複数の磁芯は、互いに特性が異なっていてもよい。
【００１２】
また、インダクタンス素子は、互いに特性が異なる複数の磁芯と、この複数の磁芯に巻かれた１つの巻線とを有し、これらによって複数のインダクタンス要素が構成され、巻線には１つのキャパシタが接続されていてもよい。
【００１３】
また、本発明の複合共振回路において、複数の並列共振回路は、複数の巻線と、それぞれ各巻線に対して並列に接続されたキャパシタとを有していてもよい。複数の巻線は直列に接続されていてもよい。この場合、複数の並列共振回路は、更に、複数の巻線が巻かれた１つの磁芯を有していてもよい。あるいは、複数の並列共振回路は、更に、それぞれ各巻線が巻かれた複数の磁芯を有していてもよい。
【００１４】
また、本発明の複合共振回路において、複数の並列共振回路の各々のインピーダンスの絶対値が所定値以上となる周波数範囲は部分的に重なり、複合共振回路のインピーダンスの絶対値が所定値以上となる周波数範囲は各並列共振回路の上記の周波数範囲よりも広くなっていてもよい。
【００１５】
また、本発明の複合共振回路において、複数の並列共振回路の各々のインピーダンスの絶対値が所定値以上となる周波数範囲は互いに離れ、複合共振回路のインピーダンスの絶対値が所定値以上となる周波数範囲は各並列共振回路の上記の周波数範囲を含んでいてもよい。
【００１６】
また、本発明の複合共振回路において、所定の周波数範囲における複合共振回路のインピーダンスの絶対値は、その周波数範囲における複数の並列共振回路の各々のそれよりも大きくてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る複合共振回路の構成について説明する。図１は本実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図、図２は図１に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【００１８】
図１に示したように、本実施の形態に係る複合共振回路は、１つのインダクタンス素子１と、このインダクタンス素子１に接続された２つのキャパシタ２，３とを備えている。
【００１９】
インダクタンス素子１は、１つの磁芯１０を備えている。磁芯１０は、中央の脚部１０ａと、この脚部１０ａの両側において脚部１０ａに対して所定の間隔を開けて配置された２つの脚部１０ｂ，１０ｃと、脚部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各一端部を連結する連結部１０ｄと、脚部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各他端部を連結する連結部１０ｅとを有している。インダクタンス素子１は、更に、脚部１０ａに巻かれた巻線１１と、脚部１０ｂに巻かれた共振用巻線１２と、脚部１０ｃに巻かれた共振用巻線１３とを備えている。巻線１１の両端にはそれぞれ端子１１ａ，１１ｂが接続されている。共振用巻線１２の両端はキャパシタ２を介して接続され、共振用巻線１３の両端はキャパシタ３を介して接続されている。
【００２０】
図２に示したように、磁芯１０、共振用巻線１２およびキャパシタ２は第１の並列共振回路２１を構成し、磁芯１０、共振用巻線１３およびキャパシタ３は第２の並列共振回路２２を構成している。また、磁芯１０および共振用巻線１２によって１つのインダクタンス要素が構成され、磁芯１０および共振用巻線１３によって他の１つのインダクタンス要素が構成される。また、巻線１１と共振用巻線１２は磁芯１０を介して磁気的に結合されている。同様に、巻線１１と共振用巻線１３は磁芯１０を介して磁気的に結合されている。
【００２１】
第１の並列共振回路２１と第２の並列共振回路２２は、互いに異なる共振特性を有している。特に、第１の並列共振回路２１の共振周波数と第２の並列共振回路２２の共振周波数は互いに異なっている。第１の並列共振回路２１と第２の並列共振回路２２の共振特性を異ならせるには、共振用巻線１２，１３のインダクタンスを異ならせるか、キャパシタ２，３の容量を異ならせるか、あるいは両方を異ならせればよい。
【００２２】
ここで、図３および図４を参照して、一般的な並列共振回路について説明する。図３は並列共振回路を示す回路図である。この並列共振回路は、２つの端子３１，３２と、この２つの端子３１，３２間において互いに並列に接続されたコイル３３およびキャパシタ３４を備えている。コイル３３は、磁芯３３ａと、この磁芯３３ａに巻かれた巻線３３ｂとを有している。図３において、符号３５は、磁芯３３ａにおける磁気損失等に起因するコイル３３の内部抵抗と等しい抵抗値を有する仮想の抵抗器を示している。図３に示したように、仮想の抵抗器３５はコイル３３に対して直列に接続されているとみなすことができる。
【００２３】
次に、図３に示した並列共振回路の共振特性について説明する。ここで、図３におけるコイル３３のインダクタンスをＬ、キャパシタ３４の容量をＣ、抵抗器３５の抵抗値をＲｓとする。図３に示した並列共振回路の共振周波数ｆ０は、次の式で表わされる。
【００２４】
ｆ０＝１／｛２π√（Ｌ・Ｃ）｝
【００２５】
図４は、図３に示した並列共振回路とコイル３３のそれぞれについて、インピーダンスの絶対値の周波数特性を概念的に示したものである。図４において、符号３８は並列共振回路の特性を示し、符号３９はコイル３３単独の特性を示している。図４に示したように、並列共振回路のインピーダンスの絶対値は、共振周波数ｆ０においてピーク値を取る。ピーク値は抵抗値Ｒｓと等しい。これに対し、コイル３３単独のインピーダンスの絶対値は、周波数をｆとして、２πｆＬで表わされる。共振周波数ｆ０では、並列共振回路のインピーダンスの絶対値は、コイル３３単独のインピーダンスの絶対値よりも非常に大きくなる。このことから、並列共振回路を導電線の途中に挿入し、この並列共振回路の共振周波数ｆ０を、低減したいリップル電圧やノイズの周波数の近傍に設定すれば、そのリップル電圧やノイズを効果的に低減できることが分かる。
【００２６】
本実施の形態における共振用巻線１２，１３は、図３における巻線３３ｂに対応する。本実施の形態におけるキャパシタ２，３は、図３におけるキャパシタ３４に対応する。
【００２７】
本実施の形態に係る複合共振回路では、１つの磁芯１０によって２つの並列共振回路２１，２２が複合されている。また、巻線１１は、磁芯１０を介して、並列共振回路２１の共振用巻線１２および並列共振回路２２の共振用巻線１３に対して磁気的に結合されている。従って、巻線１１は、２つの並列共振回路２１，２２の各共振特性が複合されてなる複合共振特性を有することになる。
【００２８】
本実施の形態に係る複合共振回路は、端子１１ａ，１１ｂを介して巻線１１が導電線に接続されることによって、導電線の途中に挿入される。例えば、複合共振回路は、スイッチング電源等における電力変換回路の入力側あるいは出力側の導電線の途中に挿入することができる。複合共振回路は、導電線上を伝搬するリップル電圧やノイズを低減する。従って、本実施の形態に係る複合共振回路は、導電線上を伝搬するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能である。
【００２９】
また、本実施の形態に係る複合共振回路を、一対の導電線のうちの一方に挿入すれば、導電線上を伝搬するノーマルモードノイズを低減することができる。また、一対の導電線のそれぞれに複合共振回路を挿入すれば、導電線上を伝搬するコモンモードノイズを低減することができる。
【００３０】
次に、図５および図６を参照して、本実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性の第１および第２の例について説明する。第１の例は、並列共振回路２１，２２の共振周波数を比較的近づけた場合の例である。図５は、第１の例における並列共振回路２１，２２の共振特性として、並列共振回路２１，２２の各々のインピーダンスの絶対値の周波数特性を示している。図５において、符号４１は並列共振回路２１の特性を示し、符号４２は並列共振回路２２の特性を示している。また、ｆ１は並列共振回路２１の共振周波数を表し、ｆ２は並列共振回路２２の共振周波数を表している。各周波数毎の複合共振回路のインピーダンスの絶対値は、各周波数毎の並列共振回路２１，２２のインピーダンスの絶対値のうちの大きい方と一致する。
【００３１】
第１の例では、並列共振回路２１，２２の各々のインピーダンスの絶対値が所定値（例えば、複合共振回路におけるインピーダンスの絶対値の最大値の２分の１）以上となる周波数範囲は部分的に重なっている。そして、複合共振回路のインピーダンスの絶対値が上記の所定値以上となる周波数範囲は、各並列共振回路２１，２２の上記の周波数範囲よりも広い。従って、第１の例の複合共振回路によれば、１つの並列共振回路を用いる場合に比べて、リップル電圧やノイズを低減できる周波数範囲を広げることができる。
【００３２】
第２の例は、並列共振回路２１，２２の共振周波数を、それぞれ所望の周波数に合わせた場合の例である。図６は、第２の例における並列共振回路２１，２２の共振特性として、並列共振回路２１，２２の各々のインピーダンスの絶対値の周波数特性を示している。図６において、符号４１は並列共振回路２１の特性を示し、符号４２は並列共振回路２２の特性を示している。また、ｆ１は並列共振回路２１の共振周波数を表し、ｆ２は並列共振回路２２の共振周波数を表している。各周波数毎の複合共振回路のインピーダンスの絶対値は、各周波数毎の並列共振回路２１，２２のインピーダンスの絶対値のうちの大きい方と一致する。
【００３３】
第２の例では、並列共振回路２１，２２の各々のインピーダンスの絶対値が所定値（例えば、複合共振回路におけるインピーダンスの絶対値の最大値の２分の１）以上となる周波数範囲は互いに離れている。そして、複合共振回路のインピーダンスの絶対値が上記の所定値以上となる周波数範囲は、各並列共振回路２１，２２の上記の周波数範囲を含む。従って、第２の例の複合共振回路によれば、２つの周波数範囲においてリップル電圧やノイズを低減することが可能になる。図６には、スイッチング回路のスイッチング周波数と等しい周波数のリップル電圧の波形と、スイッチング回路のスイッチング動作に伴うノイズの波形も記載している。図６において、符号４３はリップル電圧の波形を示し、符号４４はノイズの波形を示している。通常、リップル電圧の周波数は５００ｋＨｚ以下であり、ノイズの周波数は１ＭＨｚ以上である。第２の例において、並列共振回路２１の共振周波数ｆ１をリップル電圧の周波数に合わせ、並列共振回路２２の共振周波数ｆ２をノイズの周波数に合わせれば、リップル電圧やノイズを効果的に低減することができる。従って、第２の例によれば、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズに対する総合的な対策が可能になる。
【００３４】
次に、図７ないし図９を参照して、本実施の形態における磁芯１０の３つの例について説明する。第１の例の磁芯１０は、図７に示したように、全体が同一の磁性材料によって形成されている。磁芯１０は、例えば、フェライトやアモルファス磁性材料からなるものでもよいし、圧粉磁芯でもよい。なお、図７に示した磁芯１０の形状は一例であり、図７に示した磁芯１０と同等の磁気回路を構成するものは第１の例の磁芯１０に含まれる。また、第１の例の磁芯１０は、複数の部材が接合されて構成されたものでもよい。具体的には、第１の例の磁芯１０としては、例えばＥＥ型磁芯やＥＩ型磁芯やポット型磁芯を用いることができる。
【００３５】
第２の例の磁芯１０は、図８に示したように、それぞれ単独でも環状の磁気回路を構成可能な２つの磁芯１０Ａ，１０Ｂが接合されて構成されている。磁芯１０Ａ，１０Ｂは、互いに形状や大きさが異なっていてもよい。第２の例の磁芯１０を用いた場合には、図１に示したインダクタンス素子１は、接合された２つの磁芯１０Ａ，１０Ｂと、各磁芯１０Ａ，１０Ｂに巻かれた２つの巻線１２，１３とを有し、これらによって２つのインダクタンス要素が構成されたものとなる。
【００３６】
第３の例の磁芯１０は、図９に示したように、それぞれ単独でも環状の磁気回路を構成可能な２つの磁芯１０Ｃ，１０Ｄが接合されて構成されている。磁芯１０Ｃ，１０Ｄは、互いに特性が異なっている。具体的には、例えば、磁芯１０Ｃ，１０Ｄは、互いに透磁率が異なる磁性材料によって形成されている。磁芯１０Ｃ，１０Ｄの材料としては、フェライト、アモルファス磁性材料、圧粉磁芯用材料等のうちから、特性の異なる任意の材料を用いることができる。第３の例の磁芯１０を用いた場合には、図１に示したインダクタンス素子１は、互いに特性が異なる２つの磁芯１０Ｃ，１０Ｄと、各磁芯１０Ｃ，１０Ｄに巻かれた２つの巻線１２，１３とを有し、これらによって２つのインダクタンス要素が構成されたものとなる。第３の例の磁芯１０を用いた場合には、各磁芯１０Ｃ，１０Ｄに巻かれる巻線が同様のものであっても、各巻線のインピーダンスの周波数特性が異なることとなる。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態に係る複合共振回路は、複数の並列共振回路の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有している。そして、本実施の形態では、この複合共振特性を利用して、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズを低減することができる。また、本実施の形態では、複合共振特性を利用するため、ある程度の周波数の幅を有するノイズを低減したり、周波数が異なるリップル電圧とノイズを同時に低減したりすることができる。このように、複合共振回路は、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能である。また、複合共振回路では、複合共振特性を利用してリップル電圧やノイズを低減するので、ＬＣフィルタに比べてインダクタンス素子を小型化でき、その結果、複合共振回路全体もＬＣフィルタに比べて小型化することができる。
【００３８】
また、本実施の形態によれば、複数のインダクタンス要素を含む１つのインダクタンス素子１と、このインダクタンス素子１に接続されたキャパシタ２，３とを用いて、複数の並列共振回路２１，２２を構成することができる。従って、本実施の形態によれば、複数のインダクタンス素子を用いて複数の並列共振回路を構成する場合に比べて、複合共振回路をより小型化することが可能になる。
【００３９】
［第２の実施の形態］
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る複合共振回路について説明する。図１０は本実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図、図１１は図１０に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【００４０】
図１０に示したように、本実施の形態に係る複合共振回路は、１つのインダクタンス素子５１と、このインダクタンス素子５１に接続された１つのキャパシタ５２とを備えている。
【００４１】
インダクタンス素子５１は、それぞれ環状の磁気回路を構成する２つの磁芯５３Ａ，５３Ｂを有している。２つの磁芯５３Ａ，５３Ｂは、それぞれ中空部を有し、この２つの中空部の軸方向が一致するように配置され、互いに接合されている。磁芯５３Ａ，５３Ｂは、互いに特性が異なっている。具体的には、例えば、磁芯５３Ａ，５３Ｂは、互いに透磁率が異なる磁性材料によって形成されている。磁芯５３Ａ，５３Ｂの材料としては、フェライト、アモルファス磁性材料、圧粉磁芯用材料等のうちから、特性の異なる任意の材料を用いることができる。
【００４２】
インダクタンス素子５１は、更に、磁芯５３Ａ，５３Ｂに巻かれた巻線５４と、磁芯５３Ａ，５３Ｂに巻かれた共振用巻線５５とを有している。巻線５４の両端にはそれぞれ端子５４ａ，５４ｂが接続されている。共振用巻線５５の両端はキャパシタ５２を介して接続されている。
【００４３】
共振用巻線５５は、互いに特性が異なる磁芯５３Ａ，５３Ｂに巻かれているため、図１１に示したように、磁芯５３Ａに巻かれた巻線部分５５ａと、磁芯５３Ｂに巻かれた巻線部分５５ｂとを含むものとみなすことができる。この場合、巻線部分５５ａ，５５ｂは並列に接続されているとみなすことができる。キャパシタ５２は、巻線部分５５ａの両端間および巻線部分５５ｂの両端間に設けられているとみなすことができる。磁芯５３Ａ、巻線部分５５ａおよびキャパシタ５２は第１の並列共振回路を構成し、磁芯５３Ｂ、巻線部分５５ｂおよびキャパシタ５２は第２の並列共振回路を構成している。また、磁芯５３Ａおよび巻線部分５５ａによって１つのインダクタンス要素が構成され、磁芯５３Ｂおよび巻線部分５５ｂによって他の１つのインダクタンス要素が構成される。また、巻線５４と巻線部分５５ａは磁芯５３Ａを介して磁気的に結合され、巻線５４と巻線部分５５ｂは磁芯５３Ｂを介して磁気的に結合されている。
【００４４】
また、磁芯５３Ａ，５３Ｂの特性が互いに異なっていることから、巻線部分５５ａ，５５ｂのインダクタンスは互いに異なっている。そのため、第１の並列共振回路と第２の並列共振回路は、互いに異なる共振特性を有している。特に、第１の並列共振回路の共振周波数と第２の並列共振回路の共振周波数は互いに異なっている。
【００４５】
本実施の形態に係る複合共振回路では、１つの共振用巻線５５と１つのキャパシタ５２とによって２つの並列共振回路が複合されている。また、巻線５４は、磁芯５３Ａ，５３Ｂを介して共振用巻線５５に対して磁気的に結合されている。従って、巻線５４は、２つの並列共振回路の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有することになる。
【００４６】
本実施の形態に係る複合共振回路は、端子５４ａ，５４ｂを介して巻線５４が導電線に接続されることによって、導電線の途中に挿入される。複合共振回路は、この導電線上を伝搬するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能である。
【００４７】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００４８】
［第３の実施の形態］
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る複合共振回路について説明する。図１２は本実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図、図１３は図１２に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【００４９】
図１２に示したように、本実施の形態に係る複合共振回路は、１つのインダクタンス素子６１と、このインダクタンス素子６１に接続された１つのキャパシタ６２とを備えている。
【００５０】
インダクタンス素子６１は、それぞれ環状の磁気回路を構成する２つの磁芯６３Ａ，６３Ｂを有している。磁芯６３Ａ，６３Ｂは、互いに接合されている。磁芯６３Ａ，６３Ｂの配置や材料は、第２の実施の形態における磁芯５３Ａ，５３Ｂと同様である。
【００５１】
インダクタンス素子６１は、更に、磁芯６３Ａ，６３Ｂに巻かれた巻線６５を有している。巻線６５の両端にはそれぞれ端子６５ｃ，６５ｄが接続されている。また、巻線６５の両端はキャパシタ６２を介して接続されている。
【００５２】
巻線６５は、互いに特性が異なる磁芯６３Ａ，６３Ｂに巻かれているため、図１３に示したように、磁芯６３Ａに巻かれた巻線部分６５ａと、磁芯６３Ｂに巻かれた巻線部分６５ｂとを含むものとみなすことができる。この場合、巻線部分６５ａ，６５ｂは並列に接続されているとみなすことができる。キャパシタ６２は、巻線部分６５ａの両端間および巻線部分６５ｂの両端間に設けられているとみなすことができる。磁芯６３Ａ、巻線部分６５ａおよびキャパシタ６２は第１の並列共振回路を構成し、磁芯６３Ｂ、巻線部分６５ｂおよびキャパシタ６２は第２の並列共振回路を構成している。また、磁芯６３Ａおよび巻線部分６５ａによって１つのインダクタンス要素が構成され、磁芯６３Ｂおよび巻線部分６５ｂによって他の１つのインダクタンス要素が構成される。
【００５３】
また、磁芯６３Ａ，６３Ｂの特性が互いに異なっていることから、巻線部分６５ａ，６５ｂのインダクタンスは互いに異なっている。そのため、第１の並列共振回路と第２の並列共振回路は、互いに異なる共振特性を有している。特に、第１の並列共振回路の共振周波数と第２の並列共振回路の共振周波数は互いに異なっている。
【００５４】
本実施の形態に係る複合共振回路では、１つの巻線６５と１つのキャパシタ６２とによって２つの並列共振回路が複合されている。そのため、この複合共振回路は、２つの並列共振回路の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有する。
【００５５】
本実施の形態に係る複合共振回路は、端子６５ｃ，６５ｄを介して巻線６５が導電線に接続されることによって、導電線の途中に挿入される。複合共振回路は、この導電線上を伝搬するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能である。
【００５６】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第２の実施の形態と同様である。
【００５７】
［第４の実施の形態］
次に、図１４ないし図１６を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る複合共振回路について説明する。図１４は本実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図、図１５は図１４に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図、図１６は本実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性を示す特性図である。
【００５８】
図１４に示したように、本実施の形態に係る複合共振回路は、１つのインダクタンス素子７１と、このインダクタンス素子７１に接続された２つのキャパシタ７２，７３とを備えている。インダクタンス素子７１は、１つの磁芯７４を有している。磁芯７４は、中央の脚部７４ａと、この脚部７４ａの両側において脚部７４ａに対して所定の間隔を開けて配置された２つの脚部７４ｂ，７４ｃと、脚部７４ａ，７４ｂ，７４ｃの各一端部を連結する連結部７４ｄと、脚部７４ａ，７４ｂ，７４ｃの各他端部を連結する連結部７４ｅとを有している。なお、磁芯７４は、図７に示した磁芯１０と同様に、全体が同一の磁性材料によって形成されていてもよい。あるいは、磁芯７４は、図８に示した磁芯１０と同様に、それぞれ単独でも環状の磁気回路を構成可能な２つの磁芯が接合されて構成されていてもよい。また、あるいは、磁芯７４は、図９に示した磁芯１０と同様に、互いに特性が異なり、且つそれぞれ単独でも環状の磁気回路を構成可能な２つの磁芯が接合されて構成されていてもよい。インダクタンス素子７１は、更に、脚部７４ｂに巻かれた巻線７５と、脚部７４ｃに巻かれた巻線７６とを備えている。巻線７５の両端はキャパシタ７２を介して接続され、巻線７６の両端はキャパシタ７３を介して接続されている。巻線７５の一端には端子７７が接続されている。巻線７５の他端は巻線７６の一端に接続されている。巻線７６の他端には端子７８が接続されている。従って、図１５に示したように、巻線７５と巻線７６は直列に接続されている。
【００５９】
図１５に示したように、磁芯７４、巻線７５およびキャパシタ７２は第１の並列共振回路７９を構成し、磁芯７４、巻線７６およびキャパシタ７３は第２の並列共振回路８０を構成している。また、磁芯７４および巻線７５によって１つのインダクタンス要素が構成され、磁芯７４および巻線７６によって他の１つのインダクタンス要素が構成される。
【００６０】
第１の並列共振回路７９と第２の並列共振回路８０は、互いに異なる共振特性を有している。特に、第１の並列共振回路７９の共振周波数と第２の並列共振回路８０の共振周波数は互いに異なっている。第１の並列共振回路７９と第２の並列共振回路８０の共振特性を異ならせるには、巻線７５，７６のインダクタンスを異ならせるか、キャパシタ７２，７３の容量を異ならせるか、あるいは両方を異ならせればよい。
【００６１】
本実施の形態に係る複合共振回路では、図１５に示したように、２つの並列共振回路７９，８０が直列に接続されて、この２つの並列共振回路７９，８０が複合されている。そのため、この複合共振回路は、２つの並列共振回路７９，８０の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有する。
【００６２】
次に、図１６を参照して、本実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性の一例について説明する。この例は、並列共振回路７９，８０の共振周波数を比較的近づけた場合の例である。図１６は、並列共振回路７９，８０の共振特性として、並列共振回路７９，８０の各々のインピーダンスの絶対値の周波数特性を示している。図１６において、符号８１は並列共振回路７９の特性を示し、符号８２は並列共振回路８０の特性を示し、符号８３は複合共振回路の特性を示している。また、ｆ１は並列共振回路７９の共振周波数を表し、ｆ２は並列共振回路８０の共振周波数を表している。複合共振回路のインピーダンスの絶対値は、各周波数毎の並列共振回路７９，８０のインピーダンスの絶対値の和になる。
【００６３】
この例では、並列共振回路７９，８０の各々のインピーダンスの絶対値が所定値（例えば、並列共振回路７９，８０のいずれかのインピーダンスの絶対値の最大値の２分の１）以上となる周波数範囲は部分的に重なっている。そして、複合共振回路のインピーダンスの絶対値が上記の所定値以上となる周波数範囲は、各並列共振回路７９，８０の上記周波数範囲よりも広い。
【００６４】
更に、この例では、所定の周波数範囲（例えば、複合共振回路におけるインピーダンスの絶対値が上記の所定値以上となる周波数範囲）における複合共振回路のインピーダンスの絶対値は、その周波数範囲における並列共振回路７９，８０の各々のそれよりも大きい。
【００６５】
従って、この例の複合共振回路によれば、１つの並列共振回路を用いる場合に比べて、リップル電圧やノイズを低減できる周波数範囲を広げることができると共に、リップル電圧やノイズをより低減することができる。
【００６６】
なお、本実施の形態において、並列共振回路７９，８０の各々のインピーダンスの絶対値が所定値（例えば、並列共振回路７９，８０のいずれかのインピーダンスの絶対値の最大値の２分の１）以上となる周波数範囲が互いに離れるように、並列共振回路７９，８０の共振特性を設定してもよい。この場合には、複合共振回路の複合共振特性は図６に示したようになる。
【００６７】
本実施の形態に係る複合共振回路は、端子７７，７８が導電線に接続されることによって、導電線の途中に挿入される。複合共振回路は、この導電線上を伝搬するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能である。
【００６８】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００６９】
［第５の実施の形態］
次に、図１７を参照して、本発明の第５の実施の形態に係る複合共振回路について説明する。図１７は本実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【００７０】
本実施の形態に係る複合共振回路は、環状の磁気回路を構成する２つの磁芯９１，９２と、それぞれ磁芯９１，９２に巻かれた巻線９３，９４と、巻線９３に対して並列に接続されたキャパシタ９５と、巻線９４に対して並列に接続されたキャパシタ９６とを備えている。巻線９３の一端には端子９７が接続されている。巻線９３の他端は巻線９４の一端に接続されている。巻線９４の他端には端子９８が接続されている。従って、巻線９３と巻線９４は直列に接続されている。本実施の形態に係る複合共振回路の等価回路は、図１５に示した第４の実施の形態における等価回路と同様である。
【００７１】
本実施の形態では、磁芯９１、巻線９３およびキャパシタ９５は第１の並列共振回路１０１を構成し、磁芯９２、巻線９４およびキャパシタ９６は第２の並列共振回路１０２を構成している。
【００７２】
第１の並列共振回路１０１と第２の並列共振回路１０２は、互いに異なる共振特性を有している。特に、第１の並列共振回路１０１の共振周波数と第２の並列共振回路１０２の共振周波数は互いに異なっている。第１の並列共振回路１０１と第２の並列共振回路１０２の共振特性を異ならせるには、巻線９３，９４のインダクタンスを異ならせるか、キャパシタ９５，９６の容量を異ならせるか、あるいは両方を異ならせればよい。
【００７３】
本実施の形態に係る複合共振回路では、２つの並列共振回路１０１，１０２が直列に接続されて、この２つの並列共振回路１０１，１０２が複合されている。そのため、この複合共振回路は、２つの並列共振回路１０１，１０２の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有する。
【００７４】
本実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性は、第４の実施の形態と同様であり、例えば図１６や図６に示したようになる。
【００７５】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第４の実施の形態と同様である。
【００７６】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、各実施の形態では、２つの並列共振回路を複合して複合共振回路を構成したが、本発明では３つ以上の並列共振回路を複合して複合共振回路を構成してもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の複合共振回路によれば、複数の並列共振回路の共振特性を利用して、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズを低減することができる。また、本発明では、ある程度の周波数の幅を有するノイズを低減したり、周波数が異なるリップル電圧とノイズを同時に低減したりすることができる。また、本発明によれば、複数の並列共振回路の共振特性を利用してリップル電圧やノイズを低減するため、複合共振回路の小型化が可能である。従って、本発明によれば、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能で且つ小型化できる複合共振回路を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【図２】図１に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【図３】並列共振回路を示す回路図である。
【図４】図３に示した並列共振回路のインピーダンスの絶対値の周波数特性を概念的に示す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性の第１の例を説明するための特性図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性の第２の例を説明するための特性図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における磁芯の第１の例を示す平面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における磁芯の第２の例を示す平面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における磁芯の第３の例を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【図１１】図１０に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【図１３】図１２に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【図１５】図１４に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性を示す特性図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１…インダクタンス素子、２，３…キャパシタ、１０…磁芯、１１…巻線、１２，１３…共振用巻線、２１…第１の並列共振回路、２２…第２の並列共振回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、リップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能な複合共振回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング電源、インバータ、照明機器の点灯回路等のパワーエレクトロニクス機器は、電力の変換を行う電力変換回路を有している。この電力変換回路は、通常、２０ｋＨｚ以上の周波数の交流を用いて電力の変換を行っている。また、電力変換回路は、直流を矩形波の交流に変換するスイッチング回路を有している。
【０００３】
電力変換回路は、スイッチング回路のスイッチング周波数と等しい周波数のリップル電圧や、スイッチング回路のスイッチング動作に伴うノイズを発生させる。このリップル電圧やノイズは他の機器に悪影響を与える。そのため、電力変換回路と他の機器あるいは線路との間には、リップル電圧やノイズを低減する手段を設ける必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、リップル電圧やノイズを低減する手段としては、インダクタンス素子（インダクタ）とキャパシタとを含むフィルタ、いわゆるＬＣフィルタが使用される。
【０００５】
しかしながら、電力変換回路用のフィルタには、電力輸送用の直流または交流の電流が流れる。従って、電力変換回路用のフィルタには、電力輸送用の電流が流れている状態で所望の特性が得られることと、温度上昇に対する対策が要求される。そのため、通常、電力変換回路用のフィルタにおけるインダクタンス素子では、磁芯として、ギャップ付きのフェライト磁芯が用いられる。しかしながら、このようなインダクタンス素子では、その特性が、空芯のインダクタンス素子の特性に近づくため、所望の特性を実現するためにはインダクタンス素子が大型化するという問題点がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能で且つ小型化が可能な複合共振回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合共振回路は、互いに異なる共振特性を有し、且つ複合された複数の並列共振回路を含み、各並列共振回路の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有するものである。
【０００８】
本発明の複合共振回路では、複数の並列共振回路の共振特性が複合されて、複合共振特性が得られる。
【０００９】
本発明の複合共振回路において、複数の並列共振回路は、複数のインダクタンス要素を含む１つのインダクタンス素子と、このインダクタンス素子に接続された１以上のキャパシタとを有していてもよい。
【００１０】
インダクタンス素子は、１つの磁芯と、この磁芯に巻かれた複数の巻線とを有し、これらによって複数のインダクタンス要素が構成され、各巻線にはそれぞれ別個のキャパシタが接続されていてもよい。
【００１１】
また、インダクタンス素子は、接合された複数の磁芯と、各磁芯に巻かれた複数の巻線とを有し、これらによって複数のインダクタンス要素が構成され、各巻線にはそれぞれ別個のキャパシタが接続されていてもよい。この場合、複数の磁芯は、互いに特性が異なっていてもよい。
【００１２】
また、インダクタンス素子は、互いに特性が異なる複数の磁芯と、この複数の磁芯に巻かれた１つの巻線とを有し、これらによって複数のインダクタンス要素が構成され、巻線には１つのキャパシタが接続されていてもよい。
【００１３】
また、本発明の複合共振回路において、複数の並列共振回路は、複数の巻線と、それぞれ各巻線に対して並列に接続されたキャパシタとを有していてもよい。複数の巻線は直列に接続されていてもよい。この場合、複数の並列共振回路は、更に、複数の巻線が巻かれた１つの磁芯を有していてもよい。あるいは、複数の並列共振回路は、更に、それぞれ各巻線が巻かれた複数の磁芯を有していてもよい。
【００１４】
また、本発明の複合共振回路において、複数の並列共振回路の各々のインピーダンスの絶対値が所定値以上となる周波数範囲は部分的に重なり、複合共振回路のインピーダンスの絶対値が所定値以上となる周波数範囲は各並列共振回路の上記の周波数範囲よりも広くなっていてもよい。
【００１５】
また、本発明の複合共振回路において、複数の並列共振回路の各々のインピーダンスの絶対値が所定値以上となる周波数範囲は互いに離れ、複合共振回路のインピーダンスの絶対値が所定値以上となる周波数範囲は各並列共振回路の上記の周波数範囲を含んでいてもよい。
【００１６】
また、本発明の複合共振回路において、所定の周波数範囲における複合共振回路のインピーダンスの絶対値は、その周波数範囲における複数の並列共振回路の各々のそれよりも大きくてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る複合共振回路の構成について説明する。図１は本実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図、図２は図１に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【００１８】
図１に示したように、本実施の形態に係る複合共振回路は、１つのインダクタンス素子１と、このインダクタンス素子１に接続された２つのキャパシタ２，３とを備えている。
【００１９】
インダクタンス素子１は、１つの磁芯１０を備えている。磁芯１０は、中央の脚部１０ａと、この脚部１０ａの両側において脚部１０ａに対して所定の間隔を開けて配置された２つの脚部１０ｂ，１０ｃと、脚部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各一端部を連結する連結部１０ｄと、脚部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各他端部を連結する連結部１０ｅとを有している。インダクタンス素子１は、更に、脚部１０ａに巻かれた巻線１１と、脚部１０ｂに巻かれた共振用巻線１２と、脚部１０ｃに巻かれた共振用巻線１３とを備えている。巻線１１の両端にはそれぞれ端子１１ａ，１１ｂが接続されている。共振用巻線１２の両端はキャパシタ２を介して接続され、共振用巻線１３の両端はキャパシタ３を介して接続されている。
【００２０】
図２に示したように、磁芯１０、共振用巻線１２およびキャパシタ２は第１の並列共振回路２１を構成し、磁芯１０、共振用巻線１３およびキャパシタ３は第２の並列共振回路２２を構成している。また、磁芯１０および共振用巻線１２によって１つのインダクタンス要素が構成され、磁芯１０および共振用巻線１３によって他の１つのインダクタンス要素が構成される。また、巻線１１と共振用巻線１２は磁芯１０を介して磁気的に結合されている。同様に、巻線１１と共振用巻線１３は磁芯１０を介して磁気的に結合されている。
【００２１】
第１の並列共振回路２１と第２の並列共振回路２２は、互いに異なる共振特性を有している。特に、第１の並列共振回路２１の共振周波数と第２の並列共振回路２２の共振周波数は互いに異なっている。第１の並列共振回路２１と第２の並列共振回路２２の共振特性を異ならせるには、共振用巻線１２，１３のインダクタンスを異ならせるか、キャパシタ２，３の容量を異ならせるか、あるいは両方を異ならせればよい。
【００２２】
ここで、図３および図４を参照して、一般的な並列共振回路について説明する。図３は並列共振回路を示す回路図である。この並列共振回路は、２つの端子３１，３２と、この２つの端子３１，３２間において互いに並列に接続されたコイル３３およびキャパシタ３４を備えている。コイル３３は、磁芯３３ａと、この磁芯３３ａに巻かれた巻線３３ｂとを有している。図３において、符号３５は、磁芯３３ａにおける磁気損失等に起因するコイル３３の内部抵抗と等しい抵抗値を有する仮想の抵抗器を示している。図３に示したように、仮想の抵抗器３５はコイル３３に対して直列に接続されているとみなすことができる。
【００２３】
次に、図３に示した並列共振回路の共振特性について説明する。ここで、図３におけるコイル３３のインダクタンスをＬ、キャパシタ３４の容量をＣ、抵抗器３５の抵抗値をＲｓとする。図３に示した並列共振回路の共振周波数ｆ０は、次の式で表わされる。
【００２４】
ｆ０＝１／｛２π√（Ｌ・Ｃ）｝
【００２５】
図４は、図３に示した並列共振回路とコイル３３のそれぞれについて、インピーダンスの絶対値の周波数特性を概念的に示したものである。図４において、符号３８は並列共振回路の特性を示し、符号３９はコイル３３単独の特性を示している。図４に示したように、並列共振回路のインピーダンスの絶対値は、共振周波数ｆ０においてピーク値を取る。ピーク値は抵抗値Ｒｓと等しい。これに対し、コイル３３単独のインピーダンスの絶対値は、周波数をｆとして、２πｆＬで表わされる。共振周波数ｆ０では、並列共振回路のインピーダンスの絶対値は、コイル３３単独のインピーダンスの絶対値よりも非常に大きくなる。このことから、並列共振回路を導電線の途中に挿入し、この並列共振回路の共振周波数ｆ０を、低減したいリップル電圧やノイズの周波数の近傍に設定すれば、そのリップル電圧やノイズを効果的に低減できることが分かる。
【００２６】
本実施の形態における共振用巻線１２，１３は、図３における巻線３３ｂに対応する。本実施の形態におけるキャパシタ２，３は、図３におけるキャパシタ３４に対応する。
【００２７】
本実施の形態に係る複合共振回路では、１つの磁芯１０によって２つの並列共振回路２１，２２が複合されている。また、巻線１１は、磁芯１０を介して、並列共振回路２１の共振用巻線１２および並列共振回路２２の共振用巻線１３に対して磁気的に結合されている。従って、巻線１１は、２つの並列共振回路２１，２２の各共振特性が複合されてなる複合共振特性を有することになる。
【００２８】
本実施の形態に係る複合共振回路は、端子１１ａ，１１ｂを介して巻線１１が導電線に接続されることによって、導電線の途中に挿入される。例えば、複合共振回路は、スイッチング電源等における電力変換回路の入力側あるいは出力側の導電線の途中に挿入することができる。複合共振回路は、導電線上を伝搬するリップル電圧やノイズを低減する。従って、本実施の形態に係る複合共振回路は、導電線上を伝搬するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能である。
【００２９】
また、本実施の形態に係る複合共振回路を、一対の導電線のうちの一方に挿入すれば、導電線上を伝搬するノーマルモードノイズを低減することができる。また、一対の導電線のそれぞれに複合共振回路を挿入すれば、導電線上を伝搬するコモンモードノイズを低減することができる。
【００３０】
次に、図５および図６を参照して、本実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性の第１および第２の例について説明する。第１の例は、並列共振回路２１，２２の共振周波数を比較的近づけた場合の例である。図５は、第１の例における並列共振回路２１，２２の共振特性として、並列共振回路２１，２２の各々のインピーダンスの絶対値の周波数特性を示している。図５において、符号４１は並列共振回路２１の特性を示し、符号４２は並列共振回路２２の特性を示している。また、ｆ１は並列共振回路２１の共振周波数を表し、ｆ２は並列共振回路２２の共振周波数を表している。各周波数毎の複合共振回路のインピーダンスの絶対値は、各周波数毎の並列共振回路２１，２２のインピーダンスの絶対値のうちの大きい方と一致する。
【００３１】
第１の例では、並列共振回路２１，２２の各々のインピーダンスの絶対値が所定値（例えば、複合共振回路におけるインピーダンスの絶対値の最大値の２分の１）以上となる周波数範囲は部分的に重なっている。そして、複合共振回路のインピーダンスの絶対値が上記の所定値以上となる周波数範囲は、各並列共振回路２１，２２の上記の周波数範囲よりも広い。従って、第１の例の複合共振回路によれば、１つの並列共振回路を用いる場合に比べて、リップル電圧やノイズを低減できる周波数範囲を広げることができる。
【００３２】
第２の例は、並列共振回路２１，２２の共振周波数を、それぞれ所望の周波数に合わせた場合の例である。図６は、第２の例における並列共振回路２１，２２の共振特性として、並列共振回路２１，２２の各々のインピーダンスの絶対値の周波数特性を示している。図６において、符号４１は並列共振回路２１の特性を示し、符号４２は並列共振回路２２の特性を示している。また、ｆ１は並列共振回路２１の共振周波数を表し、ｆ２は並列共振回路２２の共振周波数を表している。各周波数毎の複合共振回路のインピーダンスの絶対値は、各周波数毎の並列共振回路２１，２２のインピーダンスの絶対値のうちの大きい方と一致する。
【００３３】
第２の例では、並列共振回路２１，２２の各々のインピーダンスの絶対値が所定値（例えば、複合共振回路におけるインピーダンスの絶対値の最大値の２分の１）以上となる周波数範囲は互いに離れている。そして、複合共振回路のインピーダンスの絶対値が上記の所定値以上となる周波数範囲は、各並列共振回路２１，２２の上記の周波数範囲を含む。従って、第２の例の複合共振回路によれば、２つの周波数範囲においてリップル電圧やノイズを低減することが可能になる。図６には、スイッチング回路のスイッチング周波数と等しい周波数のリップル電圧の波形と、スイッチング回路のスイッチング動作に伴うノイズの波形も記載している。図６において、符号４３はリップル電圧の波形を示し、符号４４はノイズの波形を示している。通常、リップル電圧の周波数は５００ｋＨｚ以下であり、ノイズの周波数は１ＭＨｚ以上である。第２の例において、並列共振回路２１の共振周波数ｆ１をリップル電圧の周波数に合わせ、並列共振回路２２の共振周波数ｆ２をノイズの周波数に合わせれば、リップル電圧やノイズを効果的に低減することができる。従って、第２の例によれば、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズに対する総合的な対策が可能になる。
【００３４】
次に、図７ないし図９を参照して、本実施の形態における磁芯１０の３つの例について説明する。第１の例の磁芯１０は、図７に示したように、全体が同一の磁性材料によって形成されている。磁芯１０は、例えば、フェライトやアモルファス磁性材料からなるものでもよいし、圧粉磁芯でもよい。なお、図７に示した磁芯１０の形状は一例であり、図７に示した磁芯１０と同等の磁気回路を構成するものは第１の例の磁芯１０に含まれる。また、第１の例の磁芯１０は、複数の部材が接合されて構成されたものでもよい。具体的には、第１の例の磁芯１０としては、例えばＥＥ型磁芯やＥＩ型磁芯やポット型磁芯を用いることができる。
【００３５】
第２の例の磁芯１０は、図８に示したように、それぞれ単独でも環状の磁気回路を構成可能な２つの磁芯１０Ａ，１０Ｂが接合されて構成されている。磁芯１０Ａ，１０Ｂは、互いに形状や大きさが異なっていてもよい。第２の例の磁芯１０を用いた場合には、図１に示したインダクタンス素子１は、接合された２つの磁芯１０Ａ，１０Ｂと、各磁芯１０Ａ，１０Ｂに巻かれた２つの巻線１２，１３とを有し、これらによって２つのインダクタンス要素が構成されたものとなる。
【００３６】
第３の例の磁芯１０は、図９に示したように、それぞれ単独でも環状の磁気回路を構成可能な２つの磁芯１０Ｃ，１０Ｄが接合されて構成されている。磁芯１０Ｃ，１０Ｄは、互いに特性が異なっている。具体的には、例えば、磁芯１０Ｃ，１０Ｄは、互いに透磁率が異なる磁性材料によって形成されている。磁芯１０Ｃ，１０Ｄの材料としては、フェライト、アモルファス磁性材料、圧粉磁芯用材料等のうちから、特性の異なる任意の材料を用いることができる。第３の例の磁芯１０を用いた場合には、図１に示したインダクタンス素子１は、互いに特性が異なる２つの磁芯１０Ｃ，１０Ｄと、各磁芯１０Ｃ，１０Ｄに巻かれた２つの巻線１２，１３とを有し、これらによって２つのインダクタンス要素が構成されたものとなる。第３の例の磁芯１０を用いた場合には、各磁芯１０Ｃ，１０Ｄに巻かれる巻線が同様のものであっても、各巻線のインピーダンスの周波数特性が異なることとなる。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態に係る複合共振回路は、複数の並列共振回路の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有している。そして、本実施の形態では、この複合共振特性を利用して、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズを低減することができる。また、本実施の形態では、複合共振特性を利用するため、ある程度の周波数の幅を有するノイズを低減したり、周波数が異なるリップル電圧とノイズを同時に低減したりすることができる。このように、複合共振回路は、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能である。また、複合共振回路では、複合共振特性を利用してリップル電圧やノイズを低減するので、ＬＣフィルタに比べてインダクタンス素子を小型化でき、その結果、複合共振回路全体もＬＣフィルタに比べて小型化することができる。
【００３８】
また、本実施の形態によれば、複数のインダクタンス要素を含む１つのインダクタンス素子１と、このインダクタンス素子１に接続されたキャパシタ２，３とを用いて、複数の並列共振回路２１，２２を構成することができる。従って、本実施の形態によれば、複数のインダクタンス素子を用いて複数の並列共振回路を構成する場合に比べて、複合共振回路をより小型化することが可能になる。
【００３９】
［第２の実施の形態］
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る複合共振回路について説明する。図１０は本実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図、図１１は図１０に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【００４０】
図１０に示したように、本実施の形態に係る複合共振回路は、１つのインダクタンス素子５１と、このインダクタンス素子５１に接続された１つのキャパシタ５２とを備えている。
【００４１】
インダクタンス素子５１は、それぞれ環状の磁気回路を構成する２つの磁芯５３Ａ，５３Ｂを有している。２つの磁芯５３Ａ，５３Ｂは、それぞれ中空部を有し、この２つの中空部の軸方向が一致するように配置され、互いに接合されている。磁芯５３Ａ，５３Ｂは、互いに特性が異なっている。具体的には、例えば、磁芯５３Ａ，５３Ｂは、互いに透磁率が異なる磁性材料によって形成されている。磁芯５３Ａ，５３Ｂの材料としては、フェライト、アモルファス磁性材料、圧粉磁芯用材料等のうちから、特性の異なる任意の材料を用いることができる。
【００４２】
インダクタンス素子５１は、更に、磁芯５３Ａ，５３Ｂに巻かれた巻線５４と、磁芯５３Ａ，５３Ｂに巻かれた共振用巻線５５とを有している。巻線５４の両端にはそれぞれ端子５４ａ，５４ｂが接続されている。共振用巻線５５の両端はキャパシタ５２を介して接続されている。
【００４３】
共振用巻線５５は、互いに特性が異なる磁芯５３Ａ，５３Ｂに巻かれているため、図１１に示したように、磁芯５３Ａに巻かれた巻線部分５５ａと、磁芯５３Ｂに巻かれた巻線部分５５ｂとを含むものとみなすことができる。この場合、巻線部分５５ａ，５５ｂは並列に接続されているとみなすことができる。キャパシタ５２は、巻線部分５５ａの両端間および巻線部分５５ｂの両端間に設けられているとみなすことができる。磁芯５３Ａ、巻線部分５５ａおよびキャパシタ５２は第１の並列共振回路を構成し、磁芯５３Ｂ、巻線部分５５ｂおよびキャパシタ５２は第２の並列共振回路を構成している。また、磁芯５３Ａおよび巻線部分５５ａによって１つのインダクタンス要素が構成され、磁芯５３Ｂおよび巻線部分５５ｂによって他の１つのインダクタンス要素が構成される。また、巻線５４と巻線部分５５ａは磁芯５３Ａを介して磁気的に結合され、巻線５４と巻線部分５５ｂは磁芯５３Ｂを介して磁気的に結合されている。
【００４４】
また、磁芯５３Ａ，５３Ｂの特性が互いに異なっていることから、巻線部分５５ａ，５５ｂのインダクタンスは互いに異なっている。そのため、第１の並列共振回路と第２の並列共振回路は、互いに異なる共振特性を有している。特に、第１の並列共振回路の共振周波数と第２の並列共振回路の共振周波数は互いに異なっている。
【００４５】
本実施の形態に係る複合共振回路では、１つの共振用巻線５５と１つのキャパシタ５２とによって２つの並列共振回路が複合されている。また、巻線５４は、磁芯５３Ａ，５３Ｂを介して共振用巻線５５に対して磁気的に結合されている。従って、巻線５４は、２つの並列共振回路の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有することになる。
【００４６】
本実施の形態に係る複合共振回路は、端子５４ａ，５４ｂを介して巻線５４が導電線に接続されることによって、導電線の途中に挿入される。複合共振回路は、この導電線上を伝搬するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能である。
【００４７】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００４８】
［第３の実施の形態］
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る複合共振回路について説明する。図１２は本実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図、図１３は図１２に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【００４９】
図１２に示したように、本実施の形態に係る複合共振回路は、１つのインダクタンス素子６１と、このインダクタンス素子６１に接続された１つのキャパシタ６２とを備えている。
【００５０】
インダクタンス素子６１は、それぞれ環状の磁気回路を構成する２つの磁芯６３Ａ，６３Ｂを有している。磁芯６３Ａ，６３Ｂは、互いに接合されている。磁芯６３Ａ，６３Ｂの配置や材料は、第２の実施の形態における磁芯５３Ａ，５３Ｂと同様である。
【００５１】
インダクタンス素子６１は、更に、磁芯６３Ａ，６３Ｂに巻かれた巻線６５を有している。巻線６５の両端にはそれぞれ端子６５ｃ，６５ｄが接続されている。また、巻線６５の両端はキャパシタ６２を介して接続されている。
【００５２】
巻線６５は、互いに特性が異なる磁芯６３Ａ，６３Ｂに巻かれているため、図１３に示したように、磁芯６３Ａに巻かれた巻線部分６５ａと、磁芯６３Ｂに巻かれた巻線部分６５ｂとを含むものとみなすことができる。この場合、巻線部分６５ａ，６５ｂは並列に接続されているとみなすことができる。キャパシタ６２は、巻線部分６５ａの両端間および巻線部分６５ｂの両端間に設けられているとみなすことができる。磁芯６３Ａ、巻線部分６５ａおよびキャパシタ６２は第１の並列共振回路を構成し、磁芯６３Ｂ、巻線部分６５ｂおよびキャパシタ６２は第２の並列共振回路を構成している。また、磁芯６３Ａおよび巻線部分６５ａによって１つのインダクタンス要素が構成され、磁芯６３Ｂおよび巻線部分６５ｂによって他の１つのインダクタンス要素が構成される。
【００５３】
また、磁芯６３Ａ，６３Ｂの特性が互いに異なっていることから、巻線部分６５ａ，６５ｂのインダクタンスは互いに異なっている。そのため、第１の並列共振回路と第２の並列共振回路は、互いに異なる共振特性を有している。特に、第１の並列共振回路の共振周波数と第２の並列共振回路の共振周波数は互いに異なっている。
【００５４】
本実施の形態に係る複合共振回路では、１つの巻線６５と１つのキャパシタ６２とによって２つの並列共振回路が複合されている。そのため、この複合共振回路は、２つの並列共振回路の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有する。
【００５５】
本実施の形態に係る複合共振回路は、端子６５ｃ，６５ｄを介して巻線６５が導電線に接続されることによって、導電線の途中に挿入される。複合共振回路は、この導電線上を伝搬するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能である。
【００５６】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第２の実施の形態と同様である。
【００５７】
［第４の実施の形態］
次に、図１４ないし図１６を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る複合共振回路について説明する。図１４は本実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図、図１５は図１４に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図、図１６は本実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性を示す特性図である。
【００５８】
図１４に示したように、本実施の形態に係る複合共振回路は、１つのインダクタンス素子７１と、このインダクタンス素子７１に接続された２つのキャパシタ７２，７３とを備えている。インダクタンス素子７１は、１つの磁芯７４を有している。磁芯７４は、中央の脚部７４ａと、この脚部７４ａの両側において脚部７４ａに対して所定の間隔を開けて配置された２つの脚部７４ｂ，７４ｃと、脚部７４ａ，７４ｂ，７４ｃの各一端部を連結する連結部７４ｄと、脚部７４ａ，７４ｂ，７４ｃの各他端部を連結する連結部７４ｅとを有している。なお、磁芯７４は、図７に示した磁芯１０と同様に、全体が同一の磁性材料によって形成されていてもよい。あるいは、磁芯７４は、図８に示した磁芯１０と同様に、それぞれ単独でも環状の磁気回路を構成可能な２つの磁芯が接合されて構成されていてもよい。また、あるいは、磁芯７４は、図９に示した磁芯１０と同様に、互いに特性が異なり、且つそれぞれ単独でも環状の磁気回路を構成可能な２つの磁芯が接合されて構成されていてもよい。インダクタンス素子７１は、更に、脚部７４ｂに巻かれた巻線７５と、脚部７４ｃに巻かれた巻線７６とを備えている。巻線７５の両端はキャパシタ７２を介して接続され、巻線７６の両端はキャパシタ７３を介して接続されている。巻線７５の一端には端子７７が接続されている。巻線７５の他端は巻線７６の一端に接続されている。巻線７６の他端には端子７８が接続されている。従って、図１５に示したように、巻線７５と巻線７６は直列に接続されている。
【００５９】
図１５に示したように、磁芯７４、巻線７５およびキャパシタ７２は第１の並列共振回路７９を構成し、磁芯７４、巻線７６およびキャパシタ７３は第２の並列共振回路８０を構成している。また、磁芯７４および巻線７５によって１つのインダクタンス要素が構成され、磁芯７４および巻線７６によって他の１つのインダクタンス要素が構成される。
【００６０】
第１の並列共振回路７９と第２の並列共振回路８０は、互いに異なる共振特性を有している。特に、第１の並列共振回路７９の共振周波数と第２の並列共振回路８０の共振周波数は互いに異なっている。第１の並列共振回路７９と第２の並列共振回路８０の共振特性を異ならせるには、巻線７５，７６のインダクタンスを異ならせるか、キャパシタ７２，７３の容量を異ならせるか、あるいは両方を異ならせればよい。
【００６１】
本実施の形態に係る複合共振回路では、図１５に示したように、２つの並列共振回路７９，８０が直列に接続されて、この２つの並列共振回路７９，８０が複合されている。そのため、この複合共振回路は、２つの並列共振回路７９，８０の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有する。
【００６２】
次に、図１６を参照して、本実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性の一例について説明する。この例は、並列共振回路７９，８０の共振周波数を比較的近づけた場合の例である。図１６は、並列共振回路７９，８０の共振特性として、並列共振回路７９，８０の各々のインピーダンスの絶対値の周波数特性を示している。図１６において、符号８１は並列共振回路７９の特性を示し、符号８２は並列共振回路８０の特性を示し、符号８３は複合共振回路の特性を示している。また、ｆ１は並列共振回路７９の共振周波数を表し、ｆ２は並列共振回路８０の共振周波数を表している。複合共振回路のインピーダンスの絶対値は、各周波数毎の並列共振回路７９，８０のインピーダンスの絶対値の和になる。
【００６３】
この例では、並列共振回路７９，８０の各々のインピーダンスの絶対値が所定値（例えば、並列共振回路７９，８０のいずれかのインピーダンスの絶対値の最大値の２分の１）以上となる周波数範囲は部分的に重なっている。そして、複合共振回路のインピーダンスの絶対値が上記の所定値以上となる周波数範囲は、各並列共振回路７９，８０の上記周波数範囲よりも広い。
【００６４】
更に、この例では、所定の周波数範囲（例えば、複合共振回路におけるインピーダンスの絶対値が上記の所定値以上となる周波数範囲）における複合共振回路のインピーダンスの絶対値は、その周波数範囲における並列共振回路７９，８０の各々のそれよりも大きい。
【００６５】
従って、この例の複合共振回路によれば、１つの並列共振回路を用いる場合に比べて、リップル電圧やノイズを低減できる周波数範囲を広げることができると共に、リップル電圧やノイズをより低減することができる。
【００６６】
なお、本実施の形態において、並列共振回路７９，８０の各々のインピーダンスの絶対値が所定値（例えば、並列共振回路７９，８０のいずれかのインピーダンスの絶対値の最大値の２分の１）以上となる周波数範囲が互いに離れるように、並列共振回路７９，８０の共振特性を設定してもよい。この場合には、複合共振回路の複合共振特性は図６に示したようになる。
【００６７】
本実施の形態に係る複合共振回路は、端子７７，７８が導電線に接続されることによって、導電線の途中に挿入される。複合共振回路は、この導電線上を伝搬するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能である。
【００６８】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００６９】
［第５の実施の形態］
次に、図１７を参照して、本発明の第５の実施の形態に係る複合共振回路について説明する。図１７は本実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【００７０】
本実施の形態に係る複合共振回路は、環状の磁気回路を構成する２つの磁芯９１，９２と、それぞれ磁芯９１，９２に巻かれた巻線９３，９４と、巻線９３に対して並列に接続されたキャパシタ９５と、巻線９４に対して並列に接続されたキャパシタ９６とを備えている。巻線９３の一端には端子９７が接続されている。巻線９３の他端は巻線９４の一端に接続されている。巻線９４の他端には端子９８が接続されている。従って、巻線９３と巻線９４は直列に接続されている。本実施の形態に係る複合共振回路の等価回路は、図１５に示した第４の実施の形態における等価回路と同様である。
【００７１】
本実施の形態では、磁芯９１、巻線９３およびキャパシタ９５は第１の並列共振回路１０１を構成し、磁芯９２、巻線９４およびキャパシタ９６は第２の並列共振回路１０２を構成している。
【００７２】
第１の並列共振回路１０１と第２の並列共振回路１０２は、互いに異なる共振特性を有している。特に、第１の並列共振回路１０１の共振周波数と第２の並列共振回路１０２の共振周波数は互いに異なっている。第１の並列共振回路１０１と第２の並列共振回路１０２の共振特性を異ならせるには、巻線９３，９４のインダクタンスを異ならせるか、キャパシタ９５，９６の容量を異ならせるか、あるいは両方を異ならせればよい。
【００７３】
本実施の形態に係る複合共振回路では、２つの並列共振回路１０１，１０２が直列に接続されて、この２つの並列共振回路１０１，１０２が複合されている。そのため、この複合共振回路は、２つの並列共振回路１０１，１０２の共振特性が複合されてなる複合共振特性を有する。
【００７４】
本実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性は、第４の実施の形態と同様であり、例えば図１６や図６に示したようになる。
【００７５】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第４の実施の形態と同様である。
【００７６】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、各実施の形態では、２つの並列共振回路を複合して複合共振回路を構成したが、本発明では３つ以上の並列共振回路を複合して複合共振回路を構成してもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の複合共振回路によれば、複数の並列共振回路の共振特性を利用して、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズを低減することができる。また、本発明では、ある程度の周波数の幅を有するノイズを低減したり、周波数が異なるリップル電圧とノイズを同時に低減したりすることができる。また、本発明によれば、複数の並列共振回路の共振特性を利用してリップル電圧やノイズを低減するため、複合共振回路の小型化が可能である。従って、本発明によれば、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズの低減のためのフィルタとして利用可能で且つ小型化できる複合共振回路を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【図２】図１に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【図３】並列共振回路を示す回路図である。
【図４】図３に示した並列共振回路のインピーダンスの絶対値の周波数特性を概念的に示す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性の第１の例を説明するための特性図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性の第２の例を説明するための特性図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における磁芯の第１の例を示す平面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における磁芯の第２の例を示す平面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における磁芯の第３の例を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【図１１】図１０に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【図１３】図１２に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【図１５】図１４に示した複合共振回路の等価回路を示す回路図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る複合共振回路の複合共振特性を示す特性図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態に係る複合共振回路の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１…インダクタンス素子、２，３…キャパシタ、１０…磁芯、１１…巻線、１２，１３…共振用巻線、２１…第１の並列共振回路、２２…第２の並列共振回路。
Claims (2)
- 互いに透磁率の異なる第１および第２の磁芯と、
一端が第１の端子に接続され、他端が第２の端子に接続され、前記第１および第２の磁芯の両方に巻かれた第１の巻線と、
前記第１の磁芯のみに巻かれた第２の巻線と、
前記第２の巻線の両端を接続し、前記第２の巻線と共に第１の並列共振回路を構成する第１のキャパシタと、
前記第２の磁芯のみに巻かれた第３の巻線と、
前記第３の巻線の両端を接続し、前記第３の巻線と共に第２の並列共振回路を構成する第２のキャパシタとを備え、
前記第１の並列共振回路の共振周波数と前記第２の並列共振回路の共振周波数は互いに異なり、
前記第１および第２の端子間を伝搬するノーマルモードノイズを低減することを特徴とする複合共振回路。 - 前記第１および第２の並列共振回路の各々のインピーダンスの絶対値が所定値以上となる周波数範囲は互いに離れており、前記複合共振回路のインピーダンスの絶対値が前記所定値以上となる周波数範囲は、各並列共振回路の前記周波数範囲を含むことを特徴とする請求項１記載の複合共振回路。
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