JP4290643B2

JP4290643B2 - フィルタ回路

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Publication number: JP4290643B2
Application number: JP2004377562A
Authority: JP
Inventors: 義広斉藤; 満石橋
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP2006186619A

Description

本発明は、導電線上を伝搬するノイズを抑制するフィルタ回路に関する。

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。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。そのため、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。

また、最近、家庭内における通信ネットワークを構築する際に用いられる通信技術として電力線通信が有望視され、その開発が進められている。電力線通信は、電力線に高周波信号を重畳して通信を行う。この電力線通信では、電力線に接続された種々の電気・電子機器の動作によって、電力線上にノイズが発生し、このことが、エラーレートの増加等の通信品質の低下を招く。そのため、電力線上のノイズを低減する手段が必要になる。また、電力線通信では、屋内電力線上の通信信号が屋外電力線に漏洩することを阻止する必要がある。

なお、２本の導電線を伝搬するノイズには、２本の導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモード（ディファレンシャルモード）ノイズと、２本の導電線を同じ位相で伝搬するコモンモードノイズとがある。

これらのノイズを抑制するために、電源ラインや信号ラインなどにラインフィルタを設けることが有効である。ラインフィルタとしては、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フィルタがよく用いられている。ＬＣフィルタには、インダクタンス素子とキャパシタとを１つずつ有するものの他に、Ｔ型フィルタやπ型フィルタ等がある。

図１９は、従来のＴ型フィルタの構成を示している。このＴ型フィルタは、導電線１０３上で互いに直列的に接続された第１および第２のインダクタＬ１０１，Ｌ１０２と、一端が第１および第２のインダクタＬ１０１，Ｌ１０２の間に接続され、他端が接地されたキャパシタＣ１０１とを備えている。第１のインダクタＬ１０１は、磁性材料よりなる第１のコア１２１に導体よりなる第１の巻線１１１を巻くことで形成されている。第２のインダクタＬ１０２は、磁性材料よりなる第２のコア１２２に導体よりなる第２の巻線１１２を巻くことで形成されている。

特許文献１には、Ｔ型フィルタにおいて、隣接するインダクタ間の相互の電磁的結合が少ない高密度実装を実現するために、電気的に短絡したショートリングを有するコイルタイプのインダクタを使用することが記載されている。

特許文献２には、３つのインピーダンス素子で構成されたローパスフィルタが記載されている。このローパスフィルタは、３つのインピーダンス素子をＴ型に配置する点で、基本構造はＴ型フィルタと同様である。このローパスフィルタは、２本の導電線のうちの一方に直列に挿入された２つの高インピーダンス素子と、一端が２つの高インピーダンス素子の間に接続され、他端が２本の導電線のうちの他方に接続された低インピーダンス素子とを備えている。２つの高インピーダンス素子は、それぞれ、コイルと抵抗との並列接続回路で構成され、低インピーダンス素子はキャパシタで構成されている。このローパスフィルタは、ノーマルモードノイズを低減する。
特開２００３−１９８３０５号公報（図１）特開平５−１２１９８８号公報（図１）

Ｔ型フィルタでは、インダクタンスとキャパシタンスとによって決まる固有の共振周波数を有し、その共振周波数に応じた減衰特性が得られる。また、Ｔ型フィルタでは、第１のインダクタＬ１０１と第２のインダクタＬ１０２との結合度を変えることによっても減衰特性が変化し、減衰のピーク点も変化する。従って例えば、第１および第２の巻線１１１，１１２の磁気的な結合度を示す係数をｋ１とすると、この結合係数ｋ１を変えることによって、フィルタの使用目的に応じた所望の減衰特性を得ることができる。結合度を調整する方法としては、基板への実装時に配置位置を調整することなどが考えられる。しかしながら、近年では回路の小型化等への要求があり、その配置位置の制限が顕著になってきている。そのため、配置による結合度の調整を自由に行うことができない状況にある。さらに、量産時のばらつきを考慮すると、物理的な配置によって結合度の調整、管理を行うことは困難である。また特に、結合度を小さくするためには特許文献１に記載のように巻線間にショートリングを配置することが考えられるが、この場合にも同様の問題がある。

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、複数のインダクタを有する回路において、各インダクタの物理的な配置にかかわらず、所望の減衰特性となるように各インダクタ間の結合度の調整を行うことができるようにしたフィルタ回路を提供することにある。

本発明の第１の観点に係るフィルタ回路は、第１の導電線上で互いに直列的に接続された第１および第２のインダクタと、一端が第１および第２のインダクタの間に接続され、他端が接地された第１のキャパシタと、第１のインダクタに磁気的に結合された第１の結合用巻線と、第２のインダクタに磁気的に結合された第２の結合用巻線と、第１および第２の結合用巻線に接続され、第１および第２のインダクタ間の磁気的な結合度を調整するための結合調整用回路とを備えたものである。

本発明の第１の観点に係るフィルタ回路では、第１および第２のインダクタがそれぞれ第１および第２の結合用巻線に磁気的に結合される。第１および第２の結合用巻線は結合調整用回路に接続されているので、第１および第２のインダクタ同士が結合調整用回路を介して間接的に接続される。結合調整用回路の回路構成および回路値を調整することで、第１および第２のインダクタの結合度が電気的に調整、制御される。

この第１の観点に係るフィルタ回路において、第１および第２の結合用巻線のインダクタンスは、第１および第２のインダクタのインダクタンスに比べて小さくなっていることが好ましい。
また、結合調整用回路のインピーダンスは、第１および第２の結合用巻線のインピーダンスに比べて高くなっていることが好ましい。

また、この第１の観点に係るフィルタ回路において、第１の導電線上において、第１のインダクタと第２のインダクタとが磁気的に分離されていても良い。

また、この第１の観点に係るフィルタ回路において、第２の導電線上で互いに直列的に接続された第３および第４のインダクタと、一端が第３および第４のインダクタの間に接続され、他端が接地された第２のキャパシタとをさらに備えていても良い。そして、第１のインダクタ、第３のインダクタおよび第１の結合用巻線が互いに磁気的に結合されると共に、第２のインダクタ、第４のインダクタ、および第２の結合用巻線が互いに磁気的に結合された構成にするようにしても良い。
この場合、第１および第２の導電線を同じ位相で伝搬するコモンモードノイズを抑制するコモンモードフィルタが構成される。この場合において、第１および第２の導電線間で対応する第１および第３のインダクタの組と第２および第４のインダクタの組とが、結合調整用回路を介して間接的に接続される。結合調整用回路の回路構成および回路値を調整することで、第１および第３のインダクタの組と第２および第４のインダクタの組との結合度が電気的に調整、制御される。

またこの場合、第１および第２の導電線上において、第１および第３のインダクタの組と第２および第４のインダクタの組とが、磁気的に分離されていても良い。

本発明の第２の観点に係るフィルタ回路は、第１および第２の導電線によって伝送され、これらの導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモードノイズを抑制する回路であって、第１の導電線上で互いに直列的に接続された第１および第２のインダクタと、第２の導電線上で互いに直列的に接続された第３および第４のインダクタと、一端が第１および第２のインダクタの間に接続され、他端が第３および第４のインダクタの間に接続されたキャパシタと、第１のインダクタに磁気的に結合された第１の結合用巻線と、第２のインダクタに磁気的に結合された第２の結合用巻線と、第１および第２の結合用巻線に接続され、第１および第２のインダクタ間の磁気的な結合度を調整するための第１の結合調整用回路と、第３のインダクタに磁気的に結合された第３の結合用巻線と、第４のインダクタに磁気的に結合された第４の結合用巻線と、第３および第４の結合用巻線に接続され、第３および第４のインダクタ間の磁気的な結合度を調整するための第２の結合調整用回路とを備えたものである。

本発明の第２の観点に係るフィルタ回路では、平衡型で、第１の導電線上のインダクタと第２の導電線上のインダクタとが分離されたノーマルモードフィルタが構成される。第１の導電線上の第１および第２のインダクタがそれぞれ第１および第２の結合用巻線に磁気的に結合される。第１および第２の結合用巻線は第１の結合調整用回路に接続されているので、第１および第２のインダクタ同士が第１の結合調整用回路を介して間接的に接続される。第１の結合調整用回路の回路構成および回路値を調整することで、第１の導電線上における第１および第２のインダクタの結合度が電気的に調整、制御される。
第２の導電線上でも同様に、第３および第４のインダクタがそれぞれ第３および第４の結合用巻線に磁気的に結合される。第３および第４の結合用巻線は第２の結合調整用回路に接続されているので、第３および第４のインダクタ同士が第２の結合調整用回路を介して間接的に接続される。第２の結合調整用回路の回路構成および回路値を調整することで、第２の導電線上における第３および第４のインダクタの結合度が電気的に調整、制御される。

本発明の第３の観点に係るフィルタ回路は、第１および第２の導電線によって伝送され、これらの導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモードノイズを抑制する回路であって、第１の導電線上で互いに直列的に接続された第１および第２のインダクタと、第２の導電線上で互いに直列的に接続された第３および第４のインダクタと、一端が第１および第２のインダクタの間に接続され、他端が第３および第４のインダクタの間に接続されたキャパシタと、第１のインダクタおよび第３のインダクタに磁気的に結合された第１の結合用巻線と、第２のインダクタおよび第４のインダクタに磁気的に結合された第２の結合用巻線と、第１および第２の結合用巻線に接続され、第１および第３のインダクタと第２および第４のインダクタとの間の磁気的な結合度を調整するための結合調整用回路とを備えたものである。

本発明の第３の観点に係るフィルタ回路では、平衡型で、第１および第２の導電線間の対応するインダクタ同士が磁気的に結合されたノーマルモードフィルタが構成される。このフィルタ回路では、第１および第２の導電線間において、第１および第３のインダクタが第１の結合用巻線に磁気的に結合されると共に、第２および第４のインダクタが第２の結合用巻線に磁気的に結合される。第１および第２の結合用巻線は結合調整用回路に接続されているので、第１および第３のインダクタの組と第２および第４のインダクタの組とが、結合調整用回路を介して間接的に接続される。結合調整用回路の回路構成および回路値を調整することで、第１および第３のインダクタの組と第２および第４のインダクタの組との結合度が電気的に調整、制御される。

本発明の各観点に係るフィルタ回路において、結合調整用回路は例えばインダクタで構成することができる。また、結合調整用回路を抵抗素子で構成しても良い。また、結合調整用回路をインダクタとキャパシタとを含む共振回路で構成しても良い。

本発明の第１の観点に係るフィルタ回路によれば、第１および第２のインダクタをそれぞれ第１および第２の結合用巻線に磁気的に結合すると共に、第１および第２の結合用巻線を結合調整用回路に接続し、第１および第２のインダクタを、結合調整用回路を介して間接的に接続するようにしたので、結合調整用回路での調整により、第１および第２のインダクタの結合度を電気的に調整、制御することが可能となる。これにより、各インダクタの物理的な配置にかかわらず、所望の減衰特性となるように各インダクタ間の結合度の調整を行うことができる。

本発明の第２の観点に係るフィルタ回路によれば、第１の導電線上の第１および第２のインダクタをそれぞれ第１および第２の結合用巻線に磁気的に結合すると共に、第１および第２の結合用巻線を第１の結合調整用回路に接続し、第１および第２のインダクタを第１の結合調整用回路を介して間接的に接続するようにしたので、第１の結合調整用回路での調整により、第１の導電線上における第１および第２のインダクタの結合度を電気的に調整、制御することが可能となる。同様に、第２の導電線上の第３および第４のインダクタを第２の結合調整用回路を介して間接的に接続するようにしたので、第２の結合調整用回路での調整により、第２の導電線上における第３および第４のインダクタの結合度を電気的に調整、制御することが可能となる。これにより、各インダクタの物理的な配置にかかわらず、所望の減衰特性となるように、第１および第２の導電線上のそれぞれにおいて各インダクタ間の結合度の調整を行うことができる。

本発明の第３の観点に係るフィルタ回路によれば、第１および第２の導電線間の対応する第１および第３のインダクタの組と第２および第４のインダクタの組とを、結合調整用回路を介して間接的に接続するようにしたので、結合調整用回路での調整により、第１および第３のインダクタの組と第２および第４のインダクタの組との結合度を電気的に調整、制御することが可能となる。これにより、各インダクタの物理的な配置にかかわらず、所望の減衰特性となるように、第１および第２の導電線間での対応する各インダクタ間の結合度の調整を行うことができる。

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］
まず、本発明の第１の実施の形態に係るフィルタ回路について説明する。図１は、本実施の形態に係るフィルタ回路の基本構成を示している。このフィルタ回路は、ノーマルモードノイズを抑制する不平衡型のフィルタ回路である。このフィルタ回路は、入出力端子１Ａ，２Ａ間において第１の導電線３上で互いに直列的に接続された第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２と、一端が第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２の間に接続され、他端が接地された第１のキャパシタＣ１とを備えている。第１のインダクタＬ１は、第１のコア２１に第１の巻線１１が巻かれることにより形成されている。第２のインダクタＬ２は、第２のコア２２に第２の巻線１２が巻かれることにより形成されている。

このフィルタ回路はまた、第１のインダクタＬ１に磁気的に結合された第１の結合用巻線３１と、第２のインダクタＬ２に磁気的に結合された第２の結合用巻線３２と、第１および第２の結合用巻線３１，３２の一端に接続された結合調整用回路３０とを備えている。第１および第２の結合用巻線３１，３２の他端は接地されている。第１の結合用巻線３１は、例えば第１の巻線１１と共通の第１のコア２１に巻かれることで、第１のインダクタＬ１に磁気的に結合されている。第２の結合用巻線３２は、例えば第２の巻線１２と共通の第２のコア２２に巻かれることで、第２のインダクタＬ２に磁気的に結合されている。

第１および第２の結合用巻線３１，３２は、インピーダンスロスが少なくなるよう、そのインダクタンスＬ１１，Ｌ１２は、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２のインダクタンスに比べて十分小さくなっていることが好ましい。このため、第１および第２の結合用巻線３１，３２を例えば１ターンのみの巻線で構成することが好ましい。また同様にインピーダンスロスが少なくなるよう、結合調整用回路３０のインピーダンスが、第１および第２の結合用巻線３１，３２のインピーダンスに比べて十分高くなっていることが好ましい。

このフィルタ回路において、第１および第２の結合用巻線３１，３２は結合調整用回路３０に接続されているので、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２は、結合調整用回路３０を介して間接的に接続されている。結合調整用回路３０の回路構成および回路値を調整することで、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２の結合度を電気的に調整、制御することが可能とされている。

なお、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２間の磁気的な結合度合いは、フィルタの使用目的、所望とする特性に応じて任意の値に設定される。図示したように第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２間の磁気的な結合度を示す結合係数をｋ１とすると、ｋ１＝０として磁気的に完全に分離するようにしても良いし、任意の磁気的な結合を持たせるようにしても良い。結合係数ｋ１は、各インダクタＬ１，Ｌ２を構成する巻線１１，１２の極性方向に応じて、プラスまたはマイナスとなるが、このフィルタ回路ではいずれの場合であっても結合調整用回路３０により、結合度の電気的な制御が可能であり、フィルタの使用目的に応じた所望の減衰特性を得ることができる。これにより、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２は、回路基板上において任意の位置に配置することが可能である。例えば図において破断線で囲んだ部分、第１のインダクタＬ１の構成部分（第１の巻線１１、第１のコア２１および第１の結合用巻線３１）と、第２のインダクタＬ２の構成部分（第２の巻線１１、第２のコア２２および第２の結合用巻線３２）とにそれぞれ磁気的なシールドなどを施し、それらを任意の位置に近接配置して省スペース化を図ることなどが可能となる。なお、結合係数ｋ１がマイナスとなる場合は、符号３１Ａで示したように例えば第１の結合用巻線３１と結合調整用回路３０との接続関係を変えることが好ましい。

一方、第１のインダクタＬ１と第１の結合用巻線３１との結合係数をｋ１１、第２のインダクタＬ２と第２の結合用巻線３２との結合係数をｋ１２とすると、これらの結合係数は１に近い（磁気的な結合度合いが強い）方が好ましい。なお、結合調整用回路３０による調整、制御の具体例、および結合度の違いによる減衰特性の違いの具体的考察については後述する。

次に、結合調整用回路３０の具体的な構成例を示す。図２は結合調整用回路３０の第１の構成例として、可変インダクタＬ３１のみで構成した例を示している。図３は結合調整用回路３０の第２の構成例として、可変抵抗素子Ｒ１１のみで構成した例を示している。図４は結合調整用回路３０の第３の構成例として、可変インダクタＬ３１とキャパシタＣ１１とからなる直列共振回路で構成した例を示している。なお、キャパシタＣ１１は可変キャパシタであっても良い。

また、図５は結合調整用回路３０の第４の構成例として、Ｔ型フィルタで構成した例を示している。このＴ型フィルタは、互いに直列接続されたインダクタＬ４１，Ｌ４２と一端がインダクタＬ４１，Ｌ４２の間に接続され、他端が接地されたキャパシタＣ１１とからなる。インダクタＬ４１，Ｌ４２の一端が、第１および第２の結合用巻線３１，３２の一端に接続されている。なお、インダクタＬ４１，Ｌ４２とキャパシタＣ１１とのいずれか一つが可変素子であっても良い。

図６（Ａ），（Ｂ）は、結合調整用回路３０の他の構成例を示している。図６（Ａ）は、結合調整用回路３０として、π型フィルタで構成した例を示している。このπ型フィルタは、インダクタＬ４１と一端がそれぞれインダクタＬ４１の両端に接続されたキャパシタＣ１１，Ｃ１２とからなる。キャパシタＣ１１，Ｃ１２の他端は接地されている。インダクタＬ４１の両端が第１および第２の結合用巻線３１，３２の一端に接続されている。なお、インダクタＬ４１とキャパシタＣ１１，Ｃ１２とのいずれか一つが可変素子であっても良い。

図６（Ｂ）は、結合調整用回路３０として、Ｌ型フィルタで構成した例を示している。このＬ型フィルタは、インダクタＬ４１と一端がインダクタＬ４１の一方の端部に接続されたキャパシタＣ１１とからなる。キャパシタＣ１１の他端は接地されている。インダクタＬ４１の両端が第１および第２の結合用巻線３１，３２の一端に接続されている。なお、インダクタＬ４１とキャパシタＣ１１とのいずれか一つが可変素子であっても良い。

なお、結合調整用回路３０の構成は以上で挙げた構成例に限らず、さらに他の構成も可能である。例えば図６（Ｂ）に示したＬ型フィルタにおいて、キャパシタＣ１１がインダクタＬ４１の他方の端部に接続されていても良い。

次に、このフィルタ回路の作用を説明する。

このフィルタ回路では、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２同士が、第１および第２の結合用巻線３１，３２および結合調整用回路３０を介して間接的に接続される。まず、図７（Ａ），（Ｂ）および図８を参照して、このフィルタ回路における結合作用の原理を説明する。図７（Ａ），（Ｂ）は、結合調整用回路３０を除いた各巻線部分での結合作用を説明するための図である。

図７（Ａ）に示したように、第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２とでコア２１，２２が分離されると共に、それらが第１および第２の結合用巻線３１，３２を用いた結合電線で接続されている場合を考える。この場合において、第１のインダクタＬ１と第１の結合用巻線３１の部分との間の相互インダクタンスをＭ１，結合係数をｋ１１、第２のインダクタＬ２と第２の結合用巻線３２の部分との間の相互インダクタンスをＭ２，結合係数をｋ１２とすると、
Ｍ１＝ｋ１１√Ｌ１×Ｌ１１
Ｍ２＝ｋ１２√Ｌ２×Ｌ１２
となる。なお、√Ｌ１×Ｌ１１はＬ１×Ｌ１１の平方根、√Ｌ２×Ｌ１２はＬ２×Ｌ１２の平方根を表す。

第１のインダクタＬ１を構成する第１の巻線１１と第１の結合用巻線３１との巻数比と、第２のインダクタＬ２を構成する第２の巻線１２と第２の結合用巻線３２との巻数比とを同じ比率にすることで、等価的に第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２との結合が行われる。すなわち巻数比が同じなので、第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２とのインダクタンスがＬ１＝Ｌ２で等しく、第１の結合用巻線３１の部分と第２の結合用巻線３２の部分とにおけるインダクタンスがＬ１１＝Ｌ１２で等しいものとすると、等価的には図７（Ｂ）のように結合した回路となる。

そこでさらに、図８に示したように第１の結合用巻線３１と第２の結合用巻線３２との間に周波数特性を持たせた結合調整用回路３０を挿入することで、電気的に第１のインダクタＬ１と第２のインダクタＬ２との間の結合係数ｋ１の値の制御を行うことができる。以下、その制御の具体例を述べる。

図９（Ａ），（Ｂ）は、従来のＴ型フィルタ（図１９）における結合係数ｋ１の違いによる減衰量の周波数特性を計算してグラフ化して示したものである。横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は減衰量（ｄＢ）を示す。図９（Ａ）はｋ１がプラスの場合、図９（Ｂ）はｋ１がマイナスの場合の特性を示す。比較のためにｋ１＝０の場合の特性も示す。なお、第１および第２のインダクタＬ１０１，Ｌ１０２のインダクタンスは互いに等しくそれぞれ２ｍＨ、キャパシタＣ１０１のキャパシタンスは２０００ｐＦに設定した。第１および第２のインダクタＬ１０１，Ｌ１０２の浮遊容量として、それぞれ１０ｐＦを設定した。信号の入出力インピーダンスは５０Ωとした。

図９（Ａ）の結果から分かるように、純粋なＴ型フィルタではｋ１がプラスの場合、ｋ１＝０の場合に比べて結合度が強くなるに従い（結合係数が１に近づくと）、高域側で減衰特性が悪化する傾向にある。特に、ｋ１＝０のときに見られた減衰のピークが平坦化して行く傾向にある。一方、ｋ１がマイナスの場合、図９（Ｂ）の結果から分かるように、ｋ１＝０の場合に比べて結合度がマイナス側に強くなるに従い（結合係数が−１に近づくと）、高域側で減衰特性が悪化する部分があるが、ｋ１＝０の場合とは異なるピーク点が現れ、その部分ではｋ１＝０の場合よりも減衰量が大きくなるような特性が得られる。このように、純粋なＴ型フィルタでは結合係数ｋ１の違いにより減衰特性が変化する。

図１０は、図２の第１の構成例（結合調整用回路３０が可変インダクタＬ３１のみの構成）において、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２間の結合係数ｋ１＝０とした場合の減衰量の周波数特性を計算してグラフ化した図である。なお、上記従来のＴ型フィルタの場合と同様、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２のインダクタンスは互いに等しくそれぞれ２ｍＨ、キャパシタＣ１のキャパシタンスは２０００ｐＦに設定した。第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ１の浮遊容量として、それぞれ１０ｐＦを設定した。信号の入出力インピーダンスは５０Ωとした。第１のインダクタＬ１と第１の結合用巻線３１との結合係数ｋ１１、第２のインダクタＬ２と第２の結合用巻線３２との結合係数ｋ１２は、共にｋ１１，ｋ１２＝０．９９である。そして、結合調整用回路３０である可変インダクタＬ３１のインダクタタンス値を変化させた。インダクタタンス値が無限大の場合は、従来の純粋なＴ型フィルタにおいてｋ１＝０とした場合の特性に相当する。図１０の結果から分かるように、結合調整用回路３０のインダクタタンス値を変えることで、従来のＴ型フィルタにおいてｋ１をマイナスにした場合の特性（図９（Ｂ））と同様な特性が得られている。すなわち、インダクタタンス値が０に近づくに従い、従来のＴ型フィルタにおいて結合係数ｋ１を−１に近づけた場合と同様の特性が得られている。これは、インダクタタンス値を変えることで、従来のＴ型フィルタでｋ１を変えた場合と同様の特性が得られることを示している。

図１１（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、図２の第１の構成例において結合係数ｋ１＝０．１，−０．１とした場合の減衰量の周波数特性を計算してグラフ化した図である。なお、結合係数ｋ１がマイナスの場合には、第１の結合用巻線３１と結合調整用回路３０との接続関係を符号３１Ａで示したように変えている。計算条件は図１０の場合と同様として、結合調整用回路３０である可変インダクタＬ３１のインダクタタンス値を変化させた。「補正無し」とは、インダクタタンス値をゼロにした場合を示す。また比較のために、ｋ１＝０とした理想状態での特性も示す。図１１（Ａ），（Ｂ）の結果から分かるように、インダクタタンス値を変えることで減衰のピーク位置の制御が可能である。特に図１１（Ａ）の結果から分かるように、ｋ１＝０．１の場合、ノイズフィルタとして利用することを考えると、結合調整用回路３０のインダクタタンス値として２８μＨ〜３０μＨのときに性能的に好ましい特性が得られている。また図１１（Ｂ）の結果から分かるように、ｋ１＝−０．１の場合も同様に、結合調整用回路３０のインダクタタンス値として２８μＨ〜３０μＨのときに性能的に好ましい特性が得られている。このように第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２間に比較的小さい磁気結合がある場合においても、結合調整用回路３０の回路値を調整することでノイズフィルタとして良好な特性が得られている。

図１２（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、図２の第１の構成例において結合係数ｋ１＝０．３，−０．３とした場合の減衰量の周波数特性を計算してグラフ化した図である。その他の計算条件は図１１（Ａ），（Ｂ）の場合と同様である。図１２（Ａ），（Ｂ）の結果から分かるように、図１１（Ａ），（Ｂ）に示した結合係数ｋ１が比較的小さい場合と同様に、インダクタタンス値を変えることで減衰のピーク位置の制御が可能である。すなわち、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２間に比較的大きい磁気結合がある場合においても、結合調整用回路３０の回路値を調整することでノイズフィルタとして良好な特性を得ることができる。

図１３（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、図３の第２の構成例（結合調整用回路３０が可変抵抗素子Ｒ１１のみの構成）において、結合係数ｋ１＝０．１，−０．１とした場合の減衰量の周波数特性を計算してグラフ化した図である。なお、結合係数ｋ１がマイナスの場合には、第１の結合用巻線３１と結合調整用回路３０との接続関係を符号３１Ａで示したように変えている。結合調整用回路３０が可変抵抗素子Ｒ１１であること以外、基本的な計算条件は図１０の場合と同様であり、その計算条件で結合調整用回路３０である可変抵抗素子Ｒ１１の抵抗値を変化させた。「補正無し」とは、抵抗値をゼロにした場合を示す。また比較のために、ｋ１＝０とした理想状態での特性も示す。図１３（Ａ），（Ｂ）の結果から分かるように、結合調整用回路３０を可変抵抗素子Ｒ１１で構成した場合、減衰のピーク位置の制御はできないものの、周波数に依存されない平坦な減衰特性が得られている。

図１４は、図４の第３の構成例（結合調整用回路３０が直列共振回路の構成）において、結合係数ｋ１を変えたときの減衰量の周波数特性を計算してグラフ化して示したものである。直列共振回路におけるインダクタンスの値は３００μＨ、キャパシタンスの値は１０００ｐＦに設定した（共振周波数は３００ｋＨｚ）。その他の基本的な計算条件は図１０の場合と同様である。なお、結合係数ｋ１がマイナスの場合には、第１の結合用巻線３１と結合調整用回路３０との接続関係を符号３１Ａで示したように変えている。比較のために、従来の純粋なＴ型フィルタにおいてｋ１＝０とした理想状態での特性も示す。図１４の結果から分かるように、結合調整用回路３０を直列共振回路で構成した場合、低域側において減衰幅の大きい減衰ピークが得られている。

以上の各計算結果から分かるように、結合調整用回路３０の回路構成および回路値を調整することで、様々な特徴のある減衰特性が得られる。従って、それらを任意に選択、調整することでフィルタの使用目的に応じた所望の減衰特性を得ることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２をそれぞれ第１および第２の結合用巻線３１，３２に磁気的に結合すると共に、第１および第２の結合用巻線３１，３２を結合調整用回路３０に接続し、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２を結合調整用回路３０を介して間接的に接続するようにしたので、結合調整用回路３０での調整により、第１および第２のインダクタの結合度を電気的に調整、制御することが可能となる。これにより、各インダクタの物理的な配置にかかわらず、所望の減衰特性となるように各インダクタ間の結合度の調整を行うことができる。
［第２の実施の形態］

次に、本発明の第２の実施の形態に係るフィルタ回路について説明する。本実施の形態に係るフィルタ回路は、第１および第２の導電線を同じ位相で伝搬するコモンモードノイズを抑制する回路である。

図１５は、本実施の形態に係るフィルタ回路の一構成例を示している。なお、上記第１の実施の形態におけるフィルタ回路と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付している。ここでは、上記第１の実施の形態において、結合調整用回路３０を可変インダクタＬ３１のみで構成した第１の構成例（図２）に対応する構成を示す。なお、上記第１の実施の形態と同様、調整用回路３０がその他の構成であっても良い。

このフィルタ回路は、図２の構成要素に加え、入出力端子１Ｂ，２Ｂ間において第２の導電線４上で互いに直列的に接続された第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４と、一端が第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４の間に接続され、他端が接地された第２のキャパシタＣ２とを備えている。第３のインダクタＬ３は、第１のインダクタＬ１と共通の第１のコア２１に第３の巻線１３が巻かれることにより形成されている。第４のインダクタＬ４は、第２のインダクタＬ２と共通の第２のコア２２に第４の巻線１４が巻かれることにより形成されている。なお、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２と第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４とにおける各巻線の極性、巻き方の向きが図示したものとはすべて逆になっていても良い。

このフィルタ回路において、第１のインダクタＬ１、第３のインダクタＬ３および第１の結合用巻線３１は、例えば共通の第１のコア２１に巻かれることにより互いに磁気的に結合されている。また、第２のインダクタＬ２、第４のインダクタＬ４、および第２の結合用巻線３２も、例えば共通の第２のコア２２に巻かれることにより互いに磁気的に結合されている。

このフィルタ回路では、第１および第２の導電線３，４間で対応する第１および第３のインダクタＬ１，Ｌ３の組と第２および第４のインダクタＬ２，Ｌ４の組とが、結合調整用回路３０を介して間接的に接続される。このフィルタ回路においても、上記第１の実施の形態と同様の原理で、結合調整用回路３０の回路構成および回路値を調整することで、それらの組同士の結合度を電気的に調整、制御することができる。

なお、このフィルタ回路においても、上記第１の実施の形態と同様、第１および第３のインダクタＬ１，Ｌ３の組と第２および第４のインダクタＬ２，Ｌ４の組との間の磁気的な結合度合いは、フィルタの使用目的、所望とする特性に応じて任意の値に設定される。各組同士が磁気的に分離されていても良い。各インダクタの組は、回路基板上において任意の位置に配置することが可能である。例えば図において破断線で囲んだ部分、第１および第３のインダクタＬ１，Ｌ３の組の構成部分（第１の巻線１１、第３の巻線１３、第１のコア２１および第１の結合用巻線３１）と、第２および第４のインダクタＬ２，Ｌ４の組の構成部分（第２の巻線１１、第４の巻線１４、第２のコア２２および第２の結合用巻線３２）とにそれぞれ磁気的なシールドなどを施し、それらを任意の位置に近接配置して省スペース化を図ることなどが可能である。
［第３の実施の形態］

次に、本発明の第３の実施の形態に係るフィルタ回路について説明する。本実施の形態に係るフィルタ回路は、２本の導電線によって伝送され、これらの導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモードノイズを抑制する回路に関する。

図１６は、本実施の形態に係るフィルタ回路の一構成例を示している。なお、上記第１の実施の形態におけるフィルタ回路と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付している。ここでは、上記第１の実施の形態において、結合調整用回路３０を可変インダクタＬ３１のみで構成した第１の構成例（図２）に対応する構成を示す。

このフィルタ回路は、図２の構成要素に加え、入出力端子１Ｂ，２Ｂ間において第２の導電線４上で互いに直列的に接続された第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４を備えている。図２の構成例では、第１のキャパシタＣ１の他端が接地されていたが、このフィルタ回路では、第１のキャパシタＣ１の他端が第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４の間に接続されている。第１および第２の結合用巻線３１，３２の一端には、第１の結合調整用回路３０Ａが接続されている。図２の構成例では、第１および第２の結合用巻線３１，３２の他端が接地されていたが、このフィルタ回路では、第１および第２の結合用巻線３１，３２の他端同士が接続されている。

このフィルタ回路はさらに、第３のインダクタＬ３に磁気的に結合された第３の結合用巻線３３と、第４のインダクタＬ４に磁気的に結合された第４の結合用巻線３４と、第３および第４の結合用巻線３３，３４の一端に接続された第２の結合調整用回路３０Ｂとを備えている。第３のインダクタＬ３は、第３のコア２３に第３の巻線１３が巻かれることにより形成されている。第４のインダクタＬ４は、第４のコア２４に第４の巻線１４が巻かれることにより形成されている。第３および第４の結合用巻線３３，３４の一端には、第２の結合調整用回路３０Ｂが接続されている。第３および第４の結合用巻線３３，３４の他端同士は接続されている。

なお、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２と第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４とにおける各巻線の極性、巻き方の向きが図示したものとはすべて逆になっていても良い。また、図１６では、第１および第２の結合調整用回路３０Ａ，３０Ｂとしてそれぞれ、図２の構成例と同様、可変インダクタＬ３１，Ｌ３２のみで構成した例を示しているが、上記第１の実施の形態と同様に、各調整用回路３０Ａ，３０Ｂがその他の構成であっても良い。

このフィルタ回路では、第１の導電線３上の各インダクタＬ１，Ｌ２と第２の導電線４上の各インダクタＬ３，Ｌ４とが分離された平衡分離型のノーマルモードフィルタが構成される。このフィルタ回路においても、上記第１の実施の形態と同様、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２同士が第１の結合調整用回路３０Ａを介して間接的に接続される。このフィルタ回路においても、上記第１の実施の形態と同様の原理で、第１の結合調整用回路３０Ａの回路構成および回路値を調整することで、第１の導電線３上における第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２の結合度を電気的に調整、制御することができる。

第２の導電線４上でも同様に、第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４同士が第２の結合調整用回路３０Ｂを介して間接的に接続される。このフィルタ回路においても、上記第１の実施の形態と同様の原理で、第２の結合調整用回路３０Ｂの回路構成および回路値を調整することで、第２の導電線４上における第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４の結合度を電気的に調整、制御することができる。

なお、このフィルタ回路においても、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２間の磁気的な結合度合いは、フィルタの使用目的、所望とする特性に応じて任意の値に設定される。第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４間の磁気的な結合度合いについても同様である。各インダクタ同士が磁気的に分離されていても良い。
［第４の実施の形態］

次に、本発明の第４の実施の形態に係るフィルタ回路について説明する。本実施の形態に係るフィルタ回路は、２本の導電線によって伝送され、これらの導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモードノイズを抑制する回路に関する。

図１７は、本実施の形態に係るフィルタ回路の一構成例を示している。なお、上記第１の実施の形態におけるフィルタ回路と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付している。ここでは、上記第１の実施の形態において、結合調整用回路３０を可変インダクタＬ３１のみで構成した第１の構成例（図２）に対応する構成を示す。なお、上記第１の実施の形態と同様、調整用回路３０がその他の構成であっても良い。

このフィルタ回路は、図２の構成要素に加え、入出力端子１Ｂ，２Ｂ間において第２の導電線４上で互いに直列的に接続された第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４を備えている。図２の構成例では、第１のキャパシタＣ１の他端が接地されていたが、このフィルタ回路では、第１のキャパシタＣ１の他端が第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４の間に接続されている。第３のインダクタＬ３は、第１のインダクタＬ１と共通の第１のコア２１に第３の巻線１３が巻かれることにより形成されている。第４のインダクタＬ４は、第２のインダクタＬ２と共通の第２のコア２２に第４の巻線１４が巻かれることにより形成されている。なお、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２と第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４とにおける各巻線の極性、巻き方の向きが図示したものとはすべて逆になっていても良い。

このフィルタ回路では、第１および第２の導電線３，４間の対応する第１および第３のインダクタＬ１，Ｌ３の組と第２および第４のインダクタＬ２，Ｌ４の組とが磁気的に結合された平衡結合型のノーマルモードフィルタが構成される。このフィルタ回路では、第１および第２の導電線３，４間で対応する第１および第３のインダクタＬ１，Ｌ３の組と第２および第４のインダクタＬ２，Ｌ４の組とが、結合調整用回路３０を介して間接的に接続される。このフィルタ回路においても、上記第１の実施の形態と同様の原理で、結合調整用回路３０の回路構成および回路値を調整することで、それらの組同士の結合度を電気的に調整、制御することができる。

なお、このフィルタ回路においても、上記第１の実施の形態と同様、第１および第３のインダクタＬ１，Ｌ３の組と第２および第４のインダクタＬ２，Ｌ４の組との間の磁気的な結合度合いは、フィルタの使用目的、所望とする特性に応じて任意の値に設定される。各組同士が磁気的に分離されていても良い。

図１８は、以上で説明した第２〜第４の実施の形態に係るフィルタ回路（図１５〜図１７）のそれぞれについての減衰量の周波数特性を計算してグラフ化したものである。横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は減衰量（ｄＢ）を示す。図１５および図１７の構成例については、第１および第３のインダクタＬ１，Ｌ３の組と第２および第４のインダクタＬ２，Ｌ４の組との結合係数を０に設定して計算した。図１６の構成例については、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２と第３および第４のインダクタＬ３，Ｌ４とにおける各部分での結合係数を０に設定して計算した。比較のために、従来のＴ型フィルタ（図１９）において結合係数ｋ１＝０とした場合の特性も示す（図の調整回路なしのグラフ）。計算の結果、各回路値を調整することで図１５〜図１７のすべての構成例において、減衰特性が同一となることが確認された（図の調整回路有りのグラフ）。

なお、各実施の形態に係るフィルタ回路は、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手段や、電力線通信において電力線上のノイズを低減したり、室内電力線上の通信信号が屋外電力線に漏洩することを防止する手段として利用することができる。

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、調整用回路は図示したものに限らず、さらに他の構成例も考えられる。

本発明の第１の実施の形態に係るフィルタ回路の基本構成を示す回路図である。調整用回路の第１の構成例を示す回路図である。調整用回路の第２の構成例を示す回路図である。調整用回路の第３の構成例を示す回路図である。調整用回路の第４の構成例を示す回路図である。調整用回路のその他の構成例を示す回路図である。本発明の第１の実施の形態に係るフィルタ回路における結合用巻線の作用を説明するための回路図である。本発明の第１の実施の形態に係るフィルタ回路における結合用巻線の作用を説明するための回路図である。従来のＴ型フィルタにおいて、ライン上のコイル間の結合係数ｋ１をプラスにした場合（Ａ）とマイナスにした場合（Ｂ）とについて減衰量の周波数特性を計算してグラフ化した図である。第１の構成例において、ライン上のコイル間の結合係数ｋ１＝０とした場合の減衰量の周波数特性を計算してグラフ化した図である。第１の構成例において、ライン上のコイル間の結合係数ｋ１＝０．１にした場合（Ａ）とｋ１＝−０．１にした場合（Ｂ）とについて減衰量の周波数特性を計算してグラフ化した図である。第１の構成例において、ライン上のコイル間の結合係数ｋ１＝０．３にした場合（Ａ）とｋ１＝−０．３にした場合（Ｂ）とについて減衰量の周波数特性を計算してグラフ化した図である。第２の構成例において、ライン上のコイル間の結合係数ｋ１＝０．１にした場合（Ａ）とｋ１＝−０．１にした場合（Ｂ）とについて減衰量の周波数特性を計算してグラフ化した図である。第３の構成例において、ライン上のコイル間の結合係数ｋ１を変えたときの減衰量の周波数特性を計算してグラフ化した図である。本発明の第２の実施の形態に係るフィルタ回路の一構成例を示す回路図である。本発明の第３の実施の形態に係るフィルタ回路の一構成例を示す回路図である。本発明の第４の実施の形態に係るフィルタ回路の一構成例を示す回路図である。本発明の第２ないし第４の実施の形態に係るフィルタ回路の減衰量の周波数特性を計算してグラフ化した図である。従来のＴ型フィルタの構成を示す回路図である。

符号の説明

Ｃ１…第１のキャパシタ、Ｌ１…第１のインダクタ、Ｌ２…第２のインダクタ、Ｌ３…第３のインダクタ、Ｌ４…第４のインダクタ、Ｌ３１…調整用インダクタ、Ｒ３１…調整用抵抗素子、Ｃ３１…調整用キャパシタ、３…第１の導電線、４…第２の導電線、１１…第１の巻線、１２…第２の巻線、１３…第３の巻線、１４…第４の巻線、２１…第１のコア、２２…第２のコア、３０…結合調整用回路、３１…第１の結合用巻線、３２…第２の結合用巻線。

Claims

第１の導電線上で互いに直列的に接続された第１および第２のインダクタと、
一端が前記第１および第２のインダクタの間に接続され、他端が接地された第１のキャパシタと、
前記第１のインダクタに磁気的に結合された第１の結合用巻線と、
前記第２のインダクタに磁気的に結合された第２の結合用巻線と、
前記第１および第２の結合用巻線に接続され、前記第１および第２のインダクタ間の磁気的な結合度を調整するための結合調整用回路と
を備え、
前記結合調整用回路は、インダクタもしくは抵抗素子のみからなる回路か、またはインダクタとキャパシタとを含む共振回路である
ことを特徴とするフィルタ回路。
前記第１および第２の結合用巻線のインダクタンスが、前記第１および第２のインダクタのインダクタンスに比べて小さくなっている
ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ回路。
前記結合調整用回路のインピーダンスが、前記第１および第２の結合用巻線のインピーダンスに比べて高くなっている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ回路。
第２の導電線上で互いに直列的に接続された第３および第４のインダクタと、
一端が前記第３および第４のインダクタの間に接続され、他端が接地された第２のキャパシタとをさらに備え、
前記第１のインダクタ、前記第３のインダクタおよび前記第１の結合用巻線が互いに磁気的に結合されると共に、前記第２のインダクタ、前記第４のインダクタ、および前記第２の結合用巻線が互いに磁気的に結合されている
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のフィルタ回路。
第１および第２の導電線によって伝送され、これらの導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモードノイズを抑制する回路であって、
第１の導電線上で互いに直列的に接続された第１および第２のインダクタと、
第２の導電線上で互いに直列的に接続された第３および第４のインダクタと、
一端が前記第１および第２のインダクタの間に接続され、他端が前記第３および第４のインダクタの間に接続されたキャパシタと、
前記第１のインダクタに磁気的に結合された第１の結合用巻線と、
前記第２のインダクタに磁気的に結合された第２の結合用巻線と、
前記第１および第２の結合用巻線に接続され、前記第１および第２のインダクタ間の磁気的な結合度を調整するための第１の結合調整用回路と、
前記第３のインダクタに磁気的に結合された第３の結合用巻線と、
前記第４のインダクタに磁気的に結合された第４の結合用巻線と、
前記第３および第４の結合用巻線に接続され、前記第３および第４のインダクタ間の磁気的な結合度を調整するための第２の結合調整用回路と
を備え、
前記第１および第２の結合調整用回路はそれぞれ、インダクタもしくは抵抗素子のみからなる回路か、またはインダクタとキャパシタとを含む共振回路である
ことを特徴とするフィルタ回路。
第１および第２の導電線によって伝送され、これらの導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモードノイズを抑制する回路であって、
第１の導電線上で互いに直列的に接続された第１および第２のインダクタと、
第２の導電線上で互いに直列的に接続された第３および第４のインダクタと、
一端が前記第１および第２のインダクタの間に接続され、他端が前記第３および第４のインダクタの間に接続されたキャパシタと、
前記第１のインダクタおよび前記第３のインダクタに磁気的に結合された第１の結合用巻線と、
前記第２のインダクタおよび前記第４のインダクタに磁気的に結合された第２の結合用巻線と、
前記第１および第２の結合用巻線に接続され、前記第１および第３のインダクタと前記第２および第４のインダクタとの間の磁気的な結合度を調整するための結合調整用回路と
を備え、
前記結合調整用回路は、インダクタもしくは抵抗素子のみからなる回路か、またはインダクタとキャパシタとを含む共振回路である
ことを特徴とするフィルタ回路。