JP6625904B2 - Filter device and inverter device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、フィルタ装置、及びインバータ装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a filter device and an inverter device.
従来から、インバータに代表される電力変換装置は、半導体スイッチング素子のスイッチング動作により電力変換を行っている。電力変換を行う際に、コモンモード電圧が発生する。コモンモード電圧は、モータの浮遊容量などを介してアースへと流れる漏れ電流(高周波ノイズ)の原因となる。この漏れ電流対策として、フィルタ回路を設ける手法が提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a power conversion device represented by an inverter performs power conversion by a switching operation of a semiconductor switching element. When performing power conversion, a common mode voltage is generated. The common mode voltage causes a leakage current (high-frequency noise) flowing to the ground via the stray capacitance of the motor or the like. As a measure against the leakage current, a method of providing a filter circuit has been proposed.
しかしながら、従来の技術においては、フィルタ回路で発生する寄生成分の影響によりフィルタ特性が劣化してしまう問題がある。このような問題を解決するためには、大きな断面積かつ実効磁路長の長いコアを用いて、巻線を疎に巻く必要がある。しかしながら、このような構成は、フィルタの大型化を招くため実用的でない。 However, in the related art, there is a problem that filter characteristics are deteriorated due to the influence of a parasitic component generated in the filter circuit. In order to solve such a problem, it is necessary to sparsely wind the winding using a core having a large sectional area and a long effective magnetic path length. However, such a configuration is not practical because it causes an increase in the size of the filter.
実施形態のフィルタ装置は、第1の多層基板と、第2の多層基板と、鉄心と、を備える。第1の多層基板は、第1の開口部が設けられた多層基板であって、第1の入出力端子と第1の接続端子とを接続し且つ第1の開口部を囲む渦巻き状の第1の巻線を表した第1の配線パターンが設けられた第1の層と、第1の接続端子に接続された第2の接続端子と第2の入出力端子とを接続し、電流が流れた状態で第1の巻線において生じる磁界と同一方向に磁界を生じさせる、第1の開口部を囲む渦巻き状の第2の巻線を表した第2の配線パターンが設けられた第2の層と、第1の層及び第2の層の間に設けられ、外部の電流経路と接続可能な導電性の第3の層と、を有する。第2の多層基板は、第2の開口部が設けられた多層基板であって、第3の入出力端子と第3の接続端子とを接続し且つ第2の開口部を囲む渦巻き状の第3の巻線を表した第3の配線パターンが設けられた第4の層と、第3の接続端子に接続された第4の接続端子と第4の入出力端子とを接続し、電流が流れた状態で第3の巻線において生じる磁界と同一方向に磁界を生じさせる、第2の開口部を囲む渦巻き状の第4の巻線を表した第4の配線パターンが設けられた第5の層と、第4の層及び第5の層の間に設けられ、外部の電流経路と接続可能な導電性の第6の層と、を有する。鉄心は、第1の開口部及び第2の開口部を挿通する第1の脚と、第1の巻線と、第2の巻線と、第3の巻線と、第4の巻線と、の一部を挟んで第1の脚と並列に設けられた第2の脚と、第1の脚及び第2の脚に挟まれた、第1の巻線と、第2の巻線と、第3の巻線と、第4の巻線と、に流れる電流の向きと逆方向に電流が流れる、第1の巻線、第2の巻線、第3の巻線、及び第4の巻線の別の一部を挟んで、第1の脚及び第2の脚と並列に設けられた第3の脚と、第1の脚、第2の脚、及び第3の脚の一端を接続する第1のヨーク部と、第1の脚、第2の脚、及び第3の脚の他端を接続する第2のヨーク部と、を有する。 A filter device according to an embodiment includes a first multilayer substrate, a second multilayer substrate, and an iron core. The first multilayer substrate is a multilayer substrate provided with a first opening, the first multilayer substrate connecting a first input / output terminal and a first connection terminal, and having a spiral shape surrounding the first opening. A first layer provided with a first wiring pattern representing one winding, a second connection terminal connected to the first connection terminal, and a second input / output terminal are connected, and current is A second wiring pattern provided with a second winding pattern that represents a spiral second winding that surrounds the first opening and generates a magnetic field in the same direction as the magnetic field generated in the first winding in a flowing state; And a conductive third layer provided between the first layer and the second layer and connectable to an external current path. The second multilayer substrate is a multilayer substrate provided with a second opening, and connects the third input / output terminal to the third connection terminal and surrounds the second opening in a spiral shape. A fourth layer provided with a third wiring pattern representing a third winding, a fourth connection terminal connected to the third connection terminal, and a fourth input / output terminal are connected, and a current is A fifth wiring pattern provided with a fourth wiring pattern representing a spiral fourth winding surrounding the second opening, which generates a magnetic field in the same direction as the magnetic field generated in the third winding in a flowing state. And a conductive sixth layer provided between the fourth layer and the fifth layer and connectable to an external current path. Iron core, a first leg for inserting the first opening及 beauty second opening, a first winding, a second winding, a third winding, a fourth winding , A second leg provided in parallel with the first leg across a part of the first leg, a first winding and a second winding sandwiched between the first leg and the second leg. , A third winding, a fourth winding, and a first winding, a second winding, a third winding, and a fourth winding. A third leg provided in parallel with the first leg and the second leg across another part of the winding of the first leg, one end of the first leg, the second leg, and the third leg And a second yoke portion connecting the other ends of the first leg, the second leg, and the third leg.
次に、図を参照して、フィルタ装置が設けられたインバータ装置を備えた電力変換システムの実施形態について説明する。本実施形態ではフィルタ装置として、コモンモードチョークコイルを備えるEMIフィルタについて説明するが、他のフィルタ装置であっても良い。また、本実施形態は、インバータ装置として、PCS(Power Conditioning System)について説明するが、他のインバータ装置であっても良い。 Next, an embodiment of a power conversion system including an inverter device provided with a filter device will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an EMI filter including a common mode choke coil will be described as a filter device, but another filter device may be used. In this embodiment, a PCS (Power Conditioning System) is described as an inverter device, but another inverter device may be used.
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の電力変換システムの構成例を示した図である。図1に示されるように、電力変換システムは、太陽光発電装置150と、PCS(Power Conditioning System)100と、3相系統連係負荷180と、で構成されている。
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power conversion system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the power conversion system includes a photovoltaic power generator 150, a PCS (Power Conditioning System) 100, and a three-phase system linked load 180.
太陽光発電装置150は、直流である入力電源151として機能するほかに、アース190への浮遊容量152が生じている。 The photovoltaic power generator 150 has a stray capacitance 152 to the ground 190 in addition to functioning as an input power supply 151 which is a direct current.
3相系統連係負荷180は、家庭用又は産業用の商用電源を想定しているが、どのような負荷であっても良い。 The three-phase system-linked load 180 is assumed to be a household or industrial commercial power supply, but may be any load.
PCS(Power Conditioning System)100は、EMIフィルタ110と、3相インバータ120と、放熱フィンと、を備えている。PCS100は、太陽光発電装置150から供給された直流の電力を、3相の交流の電力に変換し、3相系統連係負荷180に出力可能とする。 The PCS (Power Conditioning System) 100 includes an EMI filter 110, a three-phase inverter 120, and a radiation fin. The PCS 100 converts the DC power supplied from the photovoltaic power generator 150 into three-phase AC power, and enables output to the three-phase grid-linked load 180.
PCS100は、3相系統連係負荷180と接続するための接続端子131_1、131_2、131_3を備えている。 The PCS 100 includes connection terminals 131_1, 131_2, and 131_3 for connecting to the three-phase system linking load 180.
また、PCS100は、太陽光発電装置150と接続するための接続端子132、133を備えている。 The PCS 100 includes connection terminals 132 and 133 for connecting to the photovoltaic power generator 150.
3相インバータ120は、直流の電力と、3相の交流の電力とを、変換可能とする。 The three-phase inverter 120 can convert DC power and three-phase AC power.
放熱フィン130は、3相インバータ120を冷却するためのフィンとする。 The radiation fins 130 are fins for cooling the three-phase inverter 120.
ところで、系統連係向けのインバータにおいては、商用電源側へのノイズが一定の規制値を超えないようにすることが求められている。このため、図1に示される例では、3相系統連係負荷180側へのノイズが、一定の規制値を超えないようにする必要がある。仮に、3相系統連係負荷180にノイズが漏れると、3相系統連係負荷180からアース190への浮遊容量を通り、アース190にノイズが漏れ出す可能性がある。そこで、本実施形態では、EMIフィルタ110が設けられている。 By the way, in an inverter for system linkage, it is required that noise to the commercial power supply side does not exceed a certain regulation value. For this reason, in the example shown in FIG. 1, it is necessary to prevent noise to the three-phase system link load 180 from exceeding a certain regulation value. If noise leaks to the three-phase system linking load 180, the noise may leak to the ground 190 through the stray capacitance from the three-phase system linking load 180 to the ground 190. Therefore, in the present embodiment, the EMI filter 110 is provided.
EMIフィルタ110は、コモンモードチョークコイル111と、3相バイパスコンデンサ112と、ノーマルモードリアクトル113と、で構成されている。 The EMI filter 110 includes a common mode choke coil 111, a three-phase bypass capacitor 112, and a normal mode reactor 113.
3相バイパスコンデンサ112は、3相インバータ120と、3相系統連係負荷180に接続可能な端子131_1、131_2、131_3と、を接続する各線から分岐配線して、リアクトルと直列になるように設けられている。 The three-phase bypass capacitor 112 is provided so as to be branched from each line that connects the three-phase inverter 120 and the terminals 131_1, 131_2, and 131_3 that can be connected to the three-phase system linking load 180, so as to be in series with the reactor. ing.
バイパス路145は、3相インバータ120と、3相系統連係負荷180に接続可能な端子131_1、131_2、131_3と、を接続する各線の接続点140からの分岐配線であって、3個の3相バイパスコンデンサ112を繋いだ中性点と、3相インバータ120の直流側の接続点141とを接続する。さらに、バイパス路145は、コモンモードチョークコイル111が備える6個の端子(図示せず)のうち、2つの端子と接続する。このようなバイパス路145は、ノイズ電流のバイパス路として機能する。 The bypass path 145 is a branch wiring from a connection point 140 of each line that connects the three-phase inverter 120 and the terminals 131_1, 131_2, and 131_3 that can be connected to the three-phase system-linked load 180, and includes three three-phase inverters. A neutral point to which the bypass capacitor 112 is connected and a connection point 141 on the DC side of the three-phase inverter 120 are connected. Further, the bypass path 145 is connected to two of the six terminals (not shown) of the common mode choke coil 111. Such a bypass 145 functions as a noise current bypass.
ノイズ電流のバイパス路は、3相バイパスコンデンサ112等を備えた構成のため、外側のアース190を介した経路と比べて、インピーダンスの低いルートとして作用する。これにより、外側のアース190を介した経路より、大きい電流が内側のバイパス路を通ることになる。 Since the noise current bypass path includes the three-phase bypass capacitor 112 and the like, the noise current bypass path acts as a lower impedance path than the path via the outer ground 190. This results in a larger current passing through the inner bypass path than through the outer ground 190.
ノーマルモードリアクトル113は、3相インバータ120の3相交流側に、3相インバータ120と、3相系統連係負荷180に接続可能な端子131_1、131_2、131_3と、を接続する線毎に設けられている。 The normal mode reactor 113 is provided on the three-phase AC side of the three-phase inverter 120 for each line that connects the three-phase inverter 120 and the terminals 131_1, 131_2, and 131_3 that can be connected to the three-phase system linked load 180. I have.
コモンモードチョークコイル111は、太陽光発電装置150と接続するための接続端子132、133と、3相インバータ120と、の間に設けられている。コモンモードチョークコイル111は、コモンモード電流に対して、インダクタとして機能するフィルタ装置とする。コモンモードチョークコイル111を設けることで、ノイズの絶対値を下げることができる。 The common mode choke coil 111 is provided between connection terminals 132 and 133 for connecting to the photovoltaic power generator 150 and the three-phase inverter 120. The common mode choke coil 111 is a filter device that functions as an inductor with respect to the common mode current. By providing the common mode choke coil 111, the absolute value of noise can be reduced.
図2は、本実施形態のコモンモードチョークコイル111の外観を例示した図である。一般的に、コモンモードチョークコイルは、一つのコアに2本の導線を巻いた構造のため、少なくとも4つの入出力端子を有すると共に、バイパス路145と接続するための2つの入出力端子を備えている。 FIG. 2 is a diagram illustrating an appearance of the common mode choke coil 111 of the present embodiment. In general, a common mode choke coil has at least four input / output terminals because of a structure in which two conductors are wound around one core, and has two input / output terminals for connection to the bypass path 145. ing.
本実施形態のコモンモードチョークコイル111は、第1の多層基板211と、第2の多層基板212と、第1の多層基板211及び第2の多層基板212を固定する鉄心部213と、で構成されている。 The common mode choke coil 111 of the present embodiment includes a first multilayer substrate 211, a second multilayer substrate 212, and an iron core 213 that fixes the first multilayer substrate 211 and the second multilayer substrate 212. Have been.
コモンモードチョークコイル111においては、第1の多層基板211は、一方の導線パターンの両端である2つの入出力端子201、202と、バイパス路145と接続するための入出力端子203と、が設けられている。同様に、第2の多層基板212も、他方の導線の両端である2つの入出力端子204と、バイパス路145と接続するための入出力端子と、を含んでいる。 In the common mode choke coil 111, the first multilayer board 211 is provided with two input / output terminals 201 and 202 at both ends of one of the conductor patterns and an input / output terminal 203 for connecting to the bypass path 145. Has been. Similarly, the second multilayer substrate 212 also includes two input / output terminals 204 at both ends of the other conductor and an input / output terminal for connecting to the bypass path 145.
図2に示されるように、コモンモードチョークコイル111では、第1の多層基板211と第2の多層基板212とをずらして配置することで、線(リード)の引き出しを容易にしている。 As shown in FIG. 2, in the common mode choke coil 111, the first multilayer substrate 211 and the second multilayer substrate 212 are displaced from each other, thereby facilitating the drawing of the wires (leads).
また、本実施形態では、コモンモードチョークコイル111を一つの構成として示した例について説明するが、一つの基板上にコモンモードチョークコイルと、他の回路(例えばインバータ等)と、を配置しても良い。 In the present embodiment, an example in which the common mode choke coil 111 is shown as one configuration will be described. However, a common mode choke coil and another circuit (for example, an inverter or the like) are arranged on one substrate. Is also good.
図3は、本実施形態のコモンモードチョークコイル111を例示した分解図である。図3に示されるように、第1の多層基板211に設けられた開口部301と、第2の多層基板212に設けられた(図示しない)開口部と、を貫いて、第1の鉄心部213aと、第2の鉄心部213bと、が接続する。 FIG. 3 is an exploded view illustrating the common mode choke coil 111 of the present embodiment. As shown in FIG. 3, a first iron core portion passes through an opening 301 provided in the first multilayer substrate 211 and an opening (not shown) provided in the second multilayer substrate 212. 213a and the second iron core 213b are connected.
第1の鉄心部213aは、第1の脚311aと、第2の脚312aと、第3の脚313aと、第1のヨーク部314と、を備えている。第1のヨーク部314は、第1の脚311a、第2の脚312a、及び第3の脚313aの一端を接続している。 The first core portion 213a includes a first leg 311a, a second leg 312a, a third leg 313a, and a first yoke portion 314. The first yoke part 314 connects one ends of the first leg 311a, the second leg 312a, and the third leg 313a.
また、第2の鉄心部213bは、第1の脚311bと、第2の脚312bと、第3の脚313bと、第2のヨーク部315と、を備えている。第2のヨーク部315は、第1の脚311b、第2の脚312b、及び第3の脚313bの他端を接続している。 The second iron core 213b includes a first leg 311b, a second leg 312b, a third leg 313b, and a second yoke 315. The second yoke portion 315 connects the other ends of the first leg 311b, the second leg 312b, and the third leg 313b.
第1の鉄心部213aの第1の脚311a、及び第2の鉄心部213bの第1の脚311bは、第1の多層基板211に設けられた開口部301と、第2の多層基板212に設けられた(図示しない)開口部と、を挿通して接続される。 The first leg 311a of the first core portion 213a and the first leg 311b of the second core portion 213b are connected to the opening 301 provided in the first multilayer substrate 211 and the second multilayer substrate 212. An opening (not shown) is provided for connection.
第1の鉄心部213aの第2の脚312a、及び第2の鉄心部213bの第2の脚312bは、第1の多層基板211、及び第2の多層基板212を挟んで接続される。これにより、第2の脚312a、312bは、第1の脚311a、311bと並列に設けられる。 The second leg 312a of the first core portion 213a and the second leg 312b of the second core portion 213b are connected with the first multilayer substrate 211 and the second multilayer substrate 212 interposed therebetween. Thus, the second legs 312a and 312b are provided in parallel with the first legs 311a and 311b.
第1の鉄心部213aの第3の脚313a、及び第2の鉄心部213bの第3の脚313bは、第1の多層基板211及び第2の多層基板212を、第2の脚312a、312bと別の位置を挟んで接続される。第3の脚313a、313bは、第1の多層基板211、及び第2の多層基板212のうち、第2の脚312a、312bと別の一部を挟んで、第1の脚311a、311b及び第2の脚312a、312bと並列に設けられる。 The third leg 313a of the first core portion 213a and the third leg 313b of the second core portion 213b are connected to the first multilayer substrate 211 and the second multilayer substrate 212 by the second legs 312a and 312b. Is connected with another position. The third legs 313a, 313b are provided between the first legs 311a, 311b and the second legs 312a, 312b of the first multilayer substrate 211 and the second multilayer substrate 212, respectively. It is provided in parallel with the second legs 312a, 312b.
図4は、本実施形態のコモンモードチョークコイル111の上面図を示したものである。図4に示されるように、第1の多層基板211と、第2の多層基板211と、が重なるように設けられている。次にコモンモードチョークコイル111の断面図について説明する。 FIG. 4 shows a top view of the common mode choke coil 111 of the present embodiment. As shown in FIG. 4, the first multilayer substrate 211 and the second multilayer substrate 211 are provided so as to overlap. Next, a sectional view of the common mode choke coil 111 will be described.
図5は、第1の鉄心部213aと、第2の鉄心部213bと、を接続する前のコモンモードチョークコイル111の断面図を示した図である。図5に示される断面図は、図4のA−Aを示している。図5に示される例では、第1の鉄心部213a、及び第2の鉄心部213bは、プレーナ型フェライトコアとする。そして、第1の多層基板211の開口部301と、第2の多層基板212の開口部302と、を貫く第1の脚(第1の脚311aと第1脚311bが接続することで形成された脚)が、コモンモードチョークコイル111のコアとなる。 FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional view of the common mode choke coil 111 before connecting the first core portion 213a and the second core portion 213b. The cross-sectional view shown in FIG. 5 shows AA of FIG. In the example shown in FIG. 5, the first iron core 213a and the second iron core 213b are planar ferrite cores. The first leg (formed by connecting the first leg 311a and the first leg 311b) that penetrates the opening 301 of the first multilayer substrate 211 and the opening 302 of the second multilayer substrate 212. The leg is the core of the common mode choke coil 111.
第1の多層基板211は、第1の層と、絶縁層と、バイパス層411と、絶縁層と、第2の層と、絶縁層と、で構成されている。図5においては、層211aに、第1の層と、絶縁層と、が含まれ、層211bに、絶縁層と、第2の層と、絶縁層と、が含まれている。そして、第1層に第1の巻線となる配線パターン401aが設けられ、第2層に第2の巻線となる配線パターン401bが設けられている。 The first multilayer substrate 211 includes a first layer, an insulating layer, a bypass layer 411, an insulating layer, a second layer, and an insulating layer. In FIG. 5, the layer 211a includes a first layer and an insulating layer, and the layer 211b includes an insulating layer, a second layer, and an insulating layer. The first layer is provided with a wiring pattern 401a serving as a first winding, and the second layer is provided with a wiring pattern 401b serving as a second winding.
第1の層の配線パターン401a及び第2の層の配線パターン401bは、コアを囲む渦巻き状の巻線として機能する。また、配線パターン401a及び配線パターン401bで示された巻線は、コモンモードチョークコイル111のP側のコイルとなる。巻線は、例えば、銅パターンで表すことが考えられる。また、第1の層の配線パターン401a及び配線パターン401bの巻線は、電流が流れた状態で同一方向に磁界を生じさせる。例えば、配線パターン401a及び配線パターン401bは、開口部301より左側で奥方向に電流が流れ、開口部301より右側で手前方向に電流が流れることで、同一方向に磁界を生じさせる。 The first layer wiring pattern 401a and the second layer wiring pattern 401b function as a spiral winding surrounding the core. The windings indicated by the wiring patterns 401a and 401b are P-side coils of the common mode choke coil 111. The winding may be represented by a copper pattern, for example. In addition, the windings of the wiring patterns 401a and 401b of the first layer generate a magnetic field in the same direction in a state where a current flows. For example, in the wiring patterns 401a and 401b, a current flows in a depth direction on the left side of the opening 301, and a current flows in a front direction on the right side of the opening 301, thereby generating a magnetic field in the same direction.
図6は、本実施形態の第1の多層基板211の第1層を例示した図である。図6に示されるように、第1の多層基板211は、開口部511が設けられている。そして、第1の多層基板211の第1の層では、ビア501と層間ビア502とを接続し、開口部511を囲む渦巻き状の第1の巻線を表した配線パターン401aが設けられている。これにより、第1の多層基板211の第1層の配線パターン401aは、開口部511に挿通された、第1の鉄心部213aの脚(コア)を囲んだ渦巻き状の巻線になるように形成されている。 FIG. 6 is a diagram illustrating the first layer of the first multilayer substrate 211 of the present embodiment. As shown in FIG. 6, the first multilayer substrate 211 is provided with an opening 511. In the first layer of the first multilayer substrate 211, a wiring pattern 401a that connects the via 501 and the interlayer via 502 and represents a spiral first winding surrounding the opening 511 is provided. . As a result, the first-layer wiring pattern 401a of the first multilayer substrate 211 becomes a spiral winding that surrounds the leg (core) of the first iron core 213a inserted through the opening 511. Is formed.
第1の多層基板211の第1層の配線パターンの両端には、ビア501と、層間ビア502と、が接続されている。ビア501は、外部と接続するための入出力端子とする。また、層間ビア502は、他の層の配線パターンと接続するための接続端子とする。そして、ビア501から電流が流れてきて、ビア502から電流が流れていく場合に、矢印550に電流が流れる。 Vias 501 and interlayer vias 502 are connected to both ends of the first layer wiring pattern of the first multilayer board 211. The via 501 is an input / output terminal for connecting to the outside. The interlayer via 502 is a connection terminal for connecting to a wiring pattern of another layer. Then, when a current flows from the via 501 and a current flows from the via 502, a current flows in an arrow 550.
また、第1の多層基板211の第1層には、第2の層に設けられた入出力端子と接続する配線を通すための穴504と、バイパス層411と接続する配線を通すための穴503と、が設けられている。 The first layer of the first multilayer substrate 211 has a hole 504 for passing a wiring connected to an input / output terminal provided in the second layer and a hole for passing a wiring connected to the bypass layer 411. 503 are provided.
図7は、本実施形態の第1の多層基板211の第2層を例示した図である。図7に示されるように、第2の多層基板211の第2層は、開口部611が設けられた層であって、層間ビア602とビア601とを接続し、開口部611を囲む渦巻き状の第2の巻線を表した配線パターン401bが設けられている。これにより、第1の多層基板211の第2層の配線パターン401bは、開口部611に挿入された、第1の鉄心部213aの脚(コア)611に施された巻線になるように形成されている。 FIG. 7 is a diagram illustrating the second layer of the first multilayer board 211 of the present embodiment. As shown in FIG. 7, the second layer of the second multilayer substrate 211 is a layer provided with an opening 611, connects the interlayer via 602 and the via 601, and has a spiral shape surrounding the opening 611. The wiring pattern 401b representing the second winding is provided. Thereby, the wiring pattern 401b of the second layer of the first multilayer board 211 is formed so as to be a winding applied to the leg (core) 611 of the first iron core 213a inserted into the opening 611. Have been.
また、第1の多層基板211の第2層の巻線を表した配線パターン401bの両端には、ビア601と、層間ビア602と、が接続されている。ビア601は、外部と接続するための入出力端子とする。また、層間ビア602は、層間ビア502を介して、第1層の配線パターン401aと接続するための層間ビアとする。そして、第1の層と接続されているビア602から電流が流れてきて、ビア601から電流が流れていく場合に、矢印650に電流が流れる。図5の矢印550と、図6の矢印650と、で示されるように、流れる電流の方向は同じとなる。 Further, a via 601 and an interlayer via 602 are connected to both ends of the wiring pattern 401b representing the winding of the second layer of the first multilayer board 211. The via 601 is an input / output terminal for connecting to the outside. The interlayer via 602 is an interlayer via for connecting to the first layer wiring pattern 401a via the interlayer via 502. Then, when a current flows from the via 602 connected to the first layer and a current flows from the via 601, a current flows in an arrow 650. As shown by the arrow 550 in FIG. 5 and the arrow 650 in FIG. 6, the direction of the flowing current is the same.
また、第1の多層基板211の第2層には、第1の層に設けられた入出力端子と接続する配線を通すための穴603と、バイパス層411と接続する配線を通すための穴604と、が設けられている。 The second layer of the first multilayer board 211 has a hole 603 for passing a wiring connected to an input / output terminal provided in the first layer and a hole for passing a wiring connected to the bypass layer 411. 604 are provided.
このように、本実施形態のP側のコイルは、複数の層の各々の配線パターンで表された巻線によって、ターン数を構成している。なお、N側のコイルも同様の構成として、説明を省略する。 As described above, the number of turns of the P-side coil of the present embodiment is constituted by the windings represented by the wiring patterns of the plurality of layers. Note that the N-side coil has the same configuration and the description is omitted.
図6及び図7に示した例では、巻線の線幅がほぼ同じ場合について示したが、線幅に特に制限を加えるものではなく、実施態様(例えば、層毎)に応じて線幅を異ならせても良い。また、ターン数も実施の態様に応じて設定されるものとする。また、本実施形態では、第1の多層基板において、巻線を表す配線パターンが2層で形成された例について説明したが、3層以上であっても良い。3層以上の場合であっても、巻線を表す配線パターンが形成された層の間にバイパス層を設けることとする。 In the examples shown in FIGS. 6 and 7, the case where the wire widths of the windings are substantially the same is shown. However, there is no particular limitation on the wire width. It may be different. The number of turns is also set according to the embodiment. Further, in the present embodiment, the example in which the wiring pattern representing the winding is formed in two layers in the first multilayer substrate has been described, but may be three or more layers. Even in the case of three or more layers, a bypass layer is provided between layers on which wiring patterns representing windings are formed.
図5に戻り、バイパス層411は、外部の電流経路と接続可能な導電性の層とする。例えば、バイパス層411は、層間ビアを介して第2の多層基板212のバイパス層412と接続し、3相インバータ120の3相交流側と直流側とを接続するバイパス路が形成される層であって、第1の層と第2の層との間に設けられることで、第1の層の配線パターン401a及び第2の層の配線パターン401bと面的に向かい合う低インピーダンス路を実現する。これにより、バイパス層411は、第1の層及び第2の層の配線パターンで表された巻線の間に浮遊容量を生じさせる。 Returning to FIG. 5, the bypass layer 411 is a conductive layer that can be connected to an external current path. For example, the bypass layer 411 is a layer that is connected to the bypass layer 412 of the second multilayer substrate 212 via an interlayer via and that forms a bypass path that connects the three-phase AC side and the DC side of the three-phase inverter 120. In addition, by being provided between the first layer and the second layer, a low-impedance path that is planarly opposed to the wiring pattern 401a of the first layer and the wiring pattern 401b of the second layer is realized. As a result, the bypass layer 411 generates a stray capacitance between the windings represented by the wiring patterns of the first layer and the second layer.
図5に示される例では、第1の層の配線パターン401aの第1の巻線と、第2の層の配線パターン401bの第2の巻線と、がバイパス層411を挟んで線対称になるように配置されているが、このような配置手法に制限するものではない。つまり、配線パターン401a及び配線パターン401bの巻き線と、バイパス層412と、の間で、浮遊容量を生じさせるのであれば、どのような配置手法であっても良い。 In the example shown in FIG. 5, the first winding of the wiring pattern 401a of the first layer and the second winding of the wiring pattern 401b of the second layer are line-symmetric with respect to the bypass layer 411. However, the present invention is not limited to such an arrangement method. That is, any arrangement method may be used as long as stray capacitance is generated between the windings of the wiring patterns 401a and 401b and the bypass layer 412.
開口部301は、第1の多層基板211に対して、第1の層の配線パターンの巻線で囲まれた領域、及び第2の層の配線パターンの巻線で囲まれた領域を貫いている。 The opening 301 penetrates through the region surrounded by the winding of the wiring pattern of the first layer and the region surrounded by the winding of the wiring pattern of the second layer with respect to the first multilayer substrate 211. I have.
第2の多層基板212は、第3の層と、絶縁層と、バイパス層412と、絶縁層と、第4の層と、絶縁層と、で構成されている。図5においては、層212aに、第3の層と、絶縁層と、が含まれ、層212bに、絶縁層と、第5の層と、絶縁層と、が含まれている。そして、第3層に第3の巻線となる配線パターン402aが設けられ、第4層に第4の巻線となる配線パターン402bが設けられている。 The second multilayer substrate 212 includes a third layer, an insulating layer, a bypass layer 412, an insulating layer, a fourth layer, and an insulating layer. In FIG. 5, the layer 212a includes a third layer and an insulating layer, and the layer 212b includes an insulating layer, a fifth layer, and an insulating layer. The third layer is provided with a wiring pattern 402a serving as a third winding, and the fourth layer is provided with a wiring pattern 402b serving as a fourth winding.
第3の層の配線パターン402a及び第4の層の配線パターン402bは、コアを囲む渦巻き状の巻線として機能する。また、配線パターン402a及び配線パターン402bで示された巻線は、コモンモードチョークコイル111のN側のコイルとなる。また、配線パターン402a及び配線パターン402bの巻線は、電流が流れた状態で同一方向に磁界を生じさせる。例えば、配線パターン402a及び配線パターン402bは、開口部302より左側で奥方向に電流が流れ、開口部301より右側で手前方向に電流が流れることで、同一方向に磁界を生じさせる。 The wiring pattern 402a of the third layer and the wiring pattern 402b of the fourth layer function as spiral windings surrounding the core. The windings indicated by the wiring patterns 402a and 402b are N-side coils of the common mode choke coil 111. In addition, the windings of the wiring pattern 402a and the wiring pattern 402b generate a magnetic field in the same direction when a current flows. For example, in the wiring pattern 402a and the wiring pattern 402b, a current flows in a depth direction on the left side of the opening 302 and a current flows in a front direction on the right side of the opening 301, thereby generating a magnetic field in the same direction.
第2の多層基板212の第3層の配線パターン402a及び第4層の配線パターン402bは、巻き方向が第1の多層基板211の第1層の配線パターン401a及び第2層の配線パターン401bと同じとし、同様の構成で実現できるため、説明を省略する。 The winding pattern of the third layer wiring pattern 402a and the fourth layer wiring pattern 402b of the second multilayer substrate 212 is the same as that of the first layer wiring pattern 401a and the second layer wiring pattern 401b of the first multilayer substrate 211. The description is omitted because they are the same and can be realized by the same configuration.
バイパス層412は、外部の電流経路と接続可能な導電性の層とする。例えば、バイパス層412は、層間ビアを介して第1の多層基板211のバイパス層411と接続し、3相インバータ120の3相交流側と直流側とを接続するバイパス路が形成される層であって、第1の層と第2の層との間に設けられることで、第1の層の配線パターン401a及び第2の層の配線パターン401bと面的に向かい合う低インピーダンス路を実現する。これにより、バイパス層412は、第1の層の配線パターン401a及び第2の層の配線パターン401bで表された巻線の間に浮遊容量を生じさせる。 The bypass layer 412 is a conductive layer that can be connected to an external current path. For example, the bypass layer 412 is connected to the bypass layer 411 of the first multilayer substrate 211 via an interlayer via, and is a layer on which a bypass path connecting the three-phase AC side and the DC side of the three-phase inverter 120 is formed. In addition, by being provided between the first layer and the second layer, a low-impedance path that is planarly opposed to the wiring pattern 401a of the first layer and the wiring pattern 401b of the second layer is realized. As a result, the bypass layer 412 generates a stray capacitance between the windings represented by the first layer wiring pattern 401a and the second layer wiring pattern 401b.
第2の脚(第2の脚312aと第2の脚312bが接続することで形成された脚)は、第1の層の第1の巻線と、第2の層の第2の巻線と、第3の層の第3の巻線と、第4の層の第4の巻線と、の一部を挟んで第1の脚と並列に設けられる。 The second leg (the leg formed by connecting the second leg 312a and the second leg 312b) includes a first winding of the first layer and a second winding of the second layer. And the third winding of the third layer and the fourth winding of the fourth layer are provided in parallel with the first leg with a part interposed therebetween.
第3の脚(第3の脚313aと第3の脚313bが接続することで形成された脚)は、第1の脚及び第2の脚に挟まれた、第1の巻線と、第2の巻線と、第3の巻線と、第4の巻線と、に流れる電流の向きと逆方向に電流が流れる、第1の巻線、第2の巻線、第3の巻線、及び第4の巻線の別の一部を挟んで、第1の脚及び第2の脚と並列に設けられる。 The third leg (a leg formed by connecting the third leg 313a and the third leg 313b) includes a first winding and a first winding sandwiched between the first leg and the second leg. A first winding, a second winding, and a third winding in which a current flows in a direction opposite to the direction of the current flowing through the second winding, the third winding, and the fourth winding. , And another part of the fourth winding is provided in parallel with the first leg and the second leg.
そして、コモンモードチョークコイル111は、配線パターン401a、配線パターン401b、配線パターン402a、及び配線パターン402b全てに同じ方向の電流が流れた(コモンモード電流が流れた)場合に、インダクタとして機能する。 The common mode choke coil 111 functions as an inductor when a current in the same direction flows through all of the wiring patterns 401a, 401b, 402a, and 402b (a common mode current flows).
図8は、第1の鉄心部213aと、第2の鉄心部213bと、を接続する前のコモンモードチョークコイル111の断面図を示した図である。図8に示される断面図は、図4のB−Bを示している。図8に示される例では、第1の鉄心部213a、及び第2の鉄心部213bは、プレーナ型フェライトコアとする。そして、第1の多層基板211の開口部301と、第2の多層基板212の開口部302と、を挿通し、第1の鉄心部213a及び第2の鉄心部213bの第1の脚が、コモンモードチョークコイル111のコアとなる。 FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional view of the common mode choke coil 111 before connecting the first core portion 213a and the second core portion 213b. The cross-sectional view shown in FIG. 8 shows BB of FIG. In the example shown in FIG. 8, the first iron core 213a and the second iron core 213b are planar ferrite cores. Then, the opening 301 of the first multilayer board 211 and the opening 302 of the second multilayer board 212 are inserted, and the first legs of the first core 213a and the second core 213b are The core of the common mode choke coil 111.
図9は、本実施形態のコモンモードチョークコイル111の側面図である。図9に示されるように、コモンモードチョークコイル111は、鉄心部213で、第1の多層基板211及び第2の多層基板212を固定している。 FIG. 9 is a side view of the common mode choke coil 111 of the present embodiment. As shown in FIG. 9, in the common mode choke coil 111, a first multilayer substrate 211 and a second multilayer substrate 212 are fixed by an iron core 213.
図9の線(1)は、入出力端子となるビア501から延びた線であって、図1の(1)と対応し、コモンモードチョークコイル111のP側且つ太陽光発電装置150側の線を示している。図9の線(2)は、入出力端子となるビア601から延びた線であって、図1の(2)と対応し、コモンモードチョークコイル111のP側且つ3相インバータ120側の線を示している。 A line (1) in FIG. 9 is a line extending from the via 501 serving as an input / output terminal, and corresponds to (1) in FIG. Lines are shown. A line (2) in FIG. 9 is a line extending from the via 601 serving as an input / output terminal and corresponds to (2) in FIG. Is shown.
そして、第1の多層基板211内において、層間ビア502及び層間ビア602を接続することで、入出力端子となるビア501を介して入力された電流が、入出力端子となるビア601から出力されることになる。 Then, by connecting the interlayer via 502 and the interlayer via 602 in the first multilayer substrate 211, the current input through the via 501 serving as the input / output terminal is output from the via 601 serving as the input / output terminal. Will be.
図9の線(3)は、入出力端子となるビア801から延びた線であって、図1の(3)と対応し、コモンモードチョークコイル111のN側且つ太陽光発電装置150側の線を示している。図9の線(4)は、入出力端子となるビア802から延びた線であって、図1の(4)と対応し、コモンモードチョークコイル111のN側且つ3相インバータ120側の線を示している。 A line (3) in FIG. 9 is a line extending from the via 801 serving as an input / output terminal and corresponds to (3) in FIG. Lines are shown. A line (4) in FIG. 9 is a line extending from the via 802 serving as an input / output terminal, and corresponds to (4) in FIG. Is shown.
そして、第2の多層基板212内において、層間ビア803及び層間ビア804を接続することで、入出力端子となるビア803を介して入力された電流が、入出力端子となるビア804から出力されることになる。 By connecting the interlayer via 803 and the interlayer via 804 in the second multilayer substrate 212, the current input through the via 803 serving as the input / output terminal is output from the via 804 serving as the input / output terminal. Will be.
さらに、図9の線(5)は、図1の(5)と対応し、バイパス路と接続されている。なお、接続手法については、どのような手法を用いても良いものとして説明を省略する。 Further, line (5) in FIG. 9 corresponds to (5) in FIG. 1 and is connected to the bypass. The description of the connection method is omitted because any method may be used.
図10は、コモンモードチョークコイル111と、バイパス路と接続された低インピーダンス層との関係を例示した図である。図10に示されるように、コモンモードチョークコイル111のP側のコイル及びN側のコイルに挟み込まれるように、低インピーダンス路となるバイパス層が設けられることで、コモンモードチョークコイル111を構成するコイルと、低インピーダンス路との間に、浮遊容量901を生じさせる。 FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the common mode choke coil 111 and the low impedance layer connected to the bypass path. As shown in FIG. 10, the common mode choke coil 111 is configured such that a bypass layer serving as a low impedance path is provided so as to be sandwiched between the P-side coil and the N-side coil of the common mode choke coil 111. A stray capacitance 901 is created between the coil and the low impedance path.
図11は、コモンモードチョークコイル111において生じる浮遊容量を例示した図である。図11に示されるように、第1の多層基板211の配線パターンで表されたコイルでは、巻線間に浮遊容量1001が生じる。また、層間ビアで接続された巻線間にも、浮遊容量1002が生じる。これら浮遊容量が生じると、ノイズが漏れ出る可能性がある。そこで、本実施形態では、巻線と、バイパス路との間に、浮遊容量1111を生じさせることで、巻線間等で生じている、等価的に好ましくない浮遊容量1001、1002をキャンセルさせる。 FIG. 11 is a diagram illustrating stray capacitance generated in the common mode choke coil 111. As shown in FIG. 11, in the coil represented by the wiring pattern of the first multilayer substrate 211, a stray capacitance 1001 is generated between the windings. Also, a stray capacitance 1002 is generated between the windings connected by the interlayer via. When these stray capacitances occur, noise may leak out. Therefore, in the present embodiment, by generating the stray capacitance 1111 between the winding and the bypass path, the stray capacitances 1001 and 1002 which are equivalently undesirable between the windings and the like are canceled.
図12は、浮遊容量を説明した図である。図12に示されるように巻線間に浮遊容量1001(当該浮遊容量1100のサイズをCsとする)が生じ、巻線と低インピーダンス路(バイパス路)との間に浮遊容量1111(当該浮遊容量1111のサイズをCbとする)が生じているものとする。なお、図12(a)では、コモンモードチョークコイル111の巻線のインダクタンスLとする。なお、コモンモードチョークコイル111は説明の簡便上片側のみ示している。また、浮遊容量Cbは、ターン毎の巻線と低インピーダンス路との間に生じている。 FIG. 12 is a diagram illustrating the stray capacitance. As shown in FIG. 12, a stray capacitance 1001 (the size of the stray capacitance 1100 is Cs) is generated between the windings, and a stray capacitance 1111 (the stray capacitance is set between the winding and a low impedance path (bypass path)). 1111 is assumed to be Cb). In FIG. 12A, the inductance L of the winding of the common mode choke coil 111 is assumed. Note that only one side of the common mode choke coil 111 is shown for convenience of explanation. The stray capacitance Cb is generated between the winding for each turn and the low impedance path.
図12(a)に示される回路を等価回路として置き換えることで、図12(b)の構成が導き出せる。さらに、図12(b)をπ型回路として置き換えることで、図12(c)の回路構成を導出できる。図12(c)で示されるアドミタンスY1は、式(1)で表すことができる。 12B can be derived by replacing the circuit shown in FIG. 12A with an equivalent circuit. Further, by replacing FIG. 12B with a π-type circuit, the circuit configuration of FIG. 12C can be derived. The admittance Y1 shown in FIG. 12 (c) can be expressed by equation (1).
式(1)に示されるように、巻線と低インピーダンス路との間の浮遊容量Cbが‘0’から大きくなるに従って、巻線間の浮遊容量Csの打ち消し度合いが大きくなることが確認できる。そして、浮遊容量Cbが、浮遊容量Csの4倍になったときに、浮遊容量Csによる効果をキャンセルし、アドミタンスY1を以下に示す式(2)で表すことができる。 As shown in Expression (1), it can be confirmed that as the stray capacitance Cb between the winding and the low impedance path increases from ‘0’, the degree of cancellation of the stray capacitance Cs between the windings increases. When the stray capacitance Cb becomes four times the stray capacitance Cs, the effect of the stray capacitance Cs is cancelled, and the admittance Y1 can be expressed by the following equation (2).
また、巻線と低インピーダンス路との間の浮遊容量Cbの調整は、低インピーダンス路の面積や、巻線との距離を調整する手法が考えられるが、他の手法を用いても良い。 The stray capacitance Cb between the winding and the low-impedance path may be adjusted by adjusting the area of the low-impedance path or the distance from the winding, but other methods may be used.
つまり、本実施形態のコモンモードチョークコイル111は、上述した構成を備えることで、コモンモードチョークコイル111内で生じる好ましくない浮遊容量をキャンセルし、より高周波領域までノイズ抑制が可能なフィルタを実現できる。 That is, the common mode choke coil 111 of the present embodiment has the above-described configuration, thereby canceling an undesirable stray capacitance generated in the common mode choke coil 111 and realizing a filter capable of suppressing noise up to a higher frequency region. .
つまり、巻線間に好ましくない浮遊容量が発生している場合であっても、ある周波数まではインピーダンスが上昇し、インダクタンスも一定値を保つが、インピーダンス及びインダクタンスともにある周波数を極値として、‘0’に近づいていく。当該ある周波数が、共振周波数であって、当該周波数以上ではノイズを抑制するフィルタとしての機能が低下していく。しかしながら、巻き線間の好ましくない浮遊容量を小さくしていくことで、共振周波数の値は大きくなり、より高周波領域までノイズを減衰させることが可能となる。 In other words, even when an undesirable stray capacitance is generated between the windings, the impedance rises up to a certain frequency, and the inductance also keeps a constant value. It approaches 0 '. The certain frequency is a resonance frequency, and at or above the frequency, the function as a filter for suppressing noise is reduced. However, by reducing the undesired stray capacitance between the windings, the value of the resonance frequency increases, and the noise can be attenuated to a higher frequency range.
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、第1の多層基板と第2の多層基板との間に何も挟まない場合について説明した。これに対して、第2の実施形態では、軟磁性シートを追加する場合について説明する。なお、軟磁性シートを追加したこと以外は第1の実施形態と同様の構成とする。第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を割り当て、説明を省略する。
(Second embodiment)
In the first embodiment, the case where nothing is interposed between the first multilayer substrate and the second multilayer substrate has been described. On the other hand, in the second embodiment, a case where a soft magnetic sheet is added will be described. The configuration is the same as that of the first embodiment except that a soft magnetic sheet is added. The same components as those of the first embodiment are assigned the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図13は、第2の実施形態のコモンモードチョークコイル1400において、第1の鉄心部213aと、第2の鉄心部213bと、を接続する前の外観を例示した図である。図12に示されるように、第1の多層基板211の、巻線が形成される配線パターンと、第2の多層基板212の、巻線が形成される配線パターンと、の間に、軟磁性シート1201が設けられる。軟磁性シート1201は、第1の鉄心部213a、及び第2の鉄心部213bによるコアを避けて、コイル間のみ設けられるような形状をしている。軟磁性シート1201としては、例えば、ナノ結晶軟磁性シートを用いることが考えられるが、どのようなものを用いても良い。 FIG. 13 is a diagram exemplifying an appearance of a common mode choke coil 1400 according to the second embodiment before connecting a first iron core 213a and a second iron core 213b. As shown in FIG. 12, a soft magnetic layer is provided between the wiring pattern of the first multilayer board 211 on which the winding is formed and the wiring pattern of the second multilayer board 212 on which the winding is formed. A sheet 1201 is provided. The soft magnetic sheet 1201 is shaped so as to be provided only between the coils, avoiding the core formed by the first iron core 213a and the second iron core 213b. As the soft magnetic sheet 1201, for example, it is conceivable to use a nanocrystalline soft magnetic sheet, but any material may be used.
図14は、第1の鉄心部213aと、第2の鉄心部213bと、を接続する前のコモンモードチョークコイル111の断面図を示した図である。図14に示される断面図は、図2のA−Aを示している。図14に示される例では、第1の多層基板211と、第2の多層基板212の間に軟磁性シート1201が設けられている。次に、第1の多層基板211を1次側とし、第2の多層基板212を2次側とした上で、コモンモード電流通電時の磁束について説明する。 FIG. 14 is a diagram illustrating a cross-sectional view of the common mode choke coil 111 before connecting the first core portion 213a and the second core portion 213b. The cross-sectional view shown in FIG. 14 shows AA of FIG. In the example shown in FIG. 14, a soft magnetic sheet 1201 is provided between a first multilayer substrate 211 and a second multilayer substrate 212. Next, a description will be given of the magnetic flux when the common mode current is applied, with the first multilayer substrate 211 being the primary side and the second multilayer substrate 212 being the secondary side.
図6及び図7に示される矢印550、矢印650は、コモンモード電流通電時の通電方向を示している。このように、1次側・2次側共に、図14の左半分のコイルは手前から奥に電流が流れ、右半分のコイルは奥から手前に電流が流れる。図6及び図7に示される例では、コモンモード電流が流れている場合には、1次側と2次側とに同じ方向に電流が流れる。 Arrows 550 and 650 shown in FIG. 6 and FIG. 7 indicate the direction in which the common mode current flows. As described above, on both the primary side and the secondary side, the current flows from the near side to the far side in the left half coil of FIG. In the examples shown in FIGS. 6 and 7, when a common mode current is flowing, current flows in the same direction on the primary side and the secondary side.
図15は、1次側と2次側に同じ方向に電流が流れた場合(コモンモード電流が流れた場合)の磁束の流れを示した図である。図15に示されるように、電流が同じ方向に流れた場合に、左半分のコイルによる磁束の流れとしては、軟磁性シート1201より上部のコイル(第1の多層基板211)では、軟磁性シート1201を方向1501に磁束φcm1が流れる。また、軟磁性シート1201より下部のコイルでは、軟磁性シート1201を方向1502に磁束φcm2が流れる。このため、軟磁性シート1201には2つのコイルの磁束φcm1、φcm2が相殺されることで、磁束φDM=φcm1−φcm2=0となる。すなわち、コモンモード電流が流れた場合の磁束φDMが‘0’であるため、軟磁性シート1201のコモンモードインダクタンスは‘0’となる。 FIG. 15 is a diagram showing the flow of magnetic flux when a current flows in the same direction on the primary side and the secondary side (when a common mode current flows). As shown in FIG. 15, when the current flows in the same direction, the flow of the magnetic flux by the left half coil is the same as that of the coil (first multilayer substrate 211) above the soft magnetic sheet 1201. A magnetic flux φcm 1 flows in a direction 1501 through a direction 1201. In the coil below the soft magnetic sheet 1201, a magnetic flux φcm 2 flows in the direction 1502 through the soft magnetic sheet 1201. For this reason, the magnetic fluxes φcm1 and φcm2 of the two coils are offset in the soft magnetic sheet 1201, so that the magnetic flux φDM = φcm1−φcm2 = 0. That is, since the magnetic flux φDM when the common mode current flows is “0”, the common mode inductance of the soft magnetic sheet 1201 is “0”.
図16は、1次側と2次側に異なる方向に電流が流れた場合(ディファレンシャルモード電流が流れた場合)の磁束の流れを示した図である。つまり、1次(第1の多層基板211)側の左半分のコイルには手前から奥に向かって電流が流れ、2次(第2の多層基板212)側の左半分のコイルには奥から手前に向かって電流が流れる。 FIG. 16 is a diagram showing the flow of magnetic flux when current flows in different directions on the primary side and the secondary side (when differential mode current flows). That is, a current flows from the near side to the back in the left half coil on the primary (first multilayer board 211) side, and the left half coil on the secondary (second multilayer board 212) side from the back. Current flows toward you.
このような場合に、軟磁性シート1201より上部のコイルでは、軟磁性シート1201を方向1601に磁束φ’cm1が流れ、下部のコイルでは、軟磁性シート1201を(軟磁性シート1201近傍では同様の方向となる)方向1602に磁束φ’cm2が流れる。すなわち、軟磁性シート1201の磁束φ’DMは両磁束の和(φ’cm1+φ’cm2)となる。このため、ディファレンシャルモード電流が流れた場合の軟磁性シート1201のインダクタンスは大きくなる。 In such a case, in the coil above the soft magnetic sheet 1201, the magnetic flux φ′cm1 flows in the direction 1601 through the soft magnetic sheet 1201, and in the coil below the soft magnetic sheet 1201 (the same applies near the soft magnetic sheet 1201). A magnetic flux φ′cm2 flows in a direction 1602 (ie, a direction). That is, the magnetic flux φ′DM of the soft magnetic sheet 1201 is the sum of both magnetic fluxes (φ′cm1 + φ′cm2). Therefore, the inductance of the soft magnetic sheet 1201 when a differential mode current flows increases.
本実施形態では、軟磁性シート1201を1次(第1の多層基板211)及び2次(第2の多層基板212)の間に挿入することで、ディファレンシャルモード電流に対するインダクタンスを発生させることができる。 In the present embodiment, by inserting the soft magnetic sheet 1201 between the primary (the first multilayer substrate 211) and the secondary (the second multilayer substrate 212), an inductance with respect to the differential mode current can be generated. .
本実施形態では、軟磁性シート1201を、コアを避けた上で、1次(第1の多層基板211)及び2次(第2の多層基板212)の間に挿入したことで、コモンモードインダクタンスのみでなく、ディファレンシャルモードインダクタンスを得ることができる。これにより、ディファレンシャルモード用のコイルを配置することなく、ディファレンシャルモードのノイズを低減させることができる。さらに、コイルを配置する必要が無いため、装置の小型化を実現できる。 In the present embodiment, the common mode inductance is obtained by inserting the soft magnetic sheet 1201 between the primary (first multilayer substrate 211) and the secondary (second multilayer substrate 212) while avoiding the core. In addition, a differential mode inductance can be obtained. Thereby, the noise in the differential mode can be reduced without disposing the coil for the differential mode. Further, since there is no need to dispose a coil, the size of the apparatus can be reduced.
上述した実施形態においては、高周波ノイズ対策として設けられたEMIフィルタにおいて、上述した構成を備えることで、巻線間等に発生した等価的に好ましくない浮遊容量を下げることができる。これにより、より高周波の帯域までノイズを低減させることができる。 In the above-described embodiment, by providing the above-described configuration in the EMI filter provided as a measure against high-frequency noise, it is possible to reduce an equivalently undesirable stray capacitance generated between windings or the like. Thereby, noise can be reduced to a higher frequency band.
上述した実施形態のEMIフィルタ回路を、インバータおよびインバータによる電力を供給する系統連係システムに組み込んだ場合、誤動作等の原因となるEMIを抑制することが可能となる。さらに、大きなコイルを用いて巻線を疎に巻くことなく、高周波帯域までノイズを低減させることができるため、装置の大型化を抑制することができる。 When the EMI filter circuit of the above-described embodiment is incorporated in an inverter and a system linking system that supplies power from the inverter, it is possible to suppress EMI that causes malfunction or the like. Further, since noise can be reduced to a high frequency band without sparsely winding the winding by using a large coil, an increase in the size of the device can be suppressed.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While some embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the inventions. These new embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and their equivalents.
110…EMIフィルタ、111、1400…コモンモードチョークコイル、112…3相バイパスコンデンサ、113…ノーマルモードリアクトル、120…3相インバータ、130…放熱フィン、150…太陽光発電装置、151…入力電源、180…3相系統連係負荷、190…アース、211…第1の多層基板、212…第2の多層基板、213…鉄心部、1201…軟磁性シート 110 EMI filter, 111, 1400 common mode choke coil, 112 three-phase bypass capacitor, 113 normal mode reactor, 120 three-phase inverter, 130 radiation fin, 150 photovoltaic power generator, 151 input power supply 180: three-phase system linked load, 190: ground, 211: first multilayer substrate, 212: second multilayer substrate, 213: iron core, 1201: soft magnetic sheet
Claims (3)
第2の開口部が設けられた多層基板であって、第3の入出力端子と第3の接続端子とを接続し且つ前記第2の開口部を囲む渦巻き状の第3の巻線を表した第3の配線パターンが設けられた第4の層と、前記第3の接続端子に接続された第4の接続端子と第4の入出力端子とを接続し、電流が流れた状態で前記第3の巻線において生じる磁界と同一方向に磁界を生じさせる、前記第2の開口部を囲む渦巻き状の第4の巻線を表した第4の配線パターンが設けられた第5の層と、前記第4の層及び前記第5の層の間に設けられ、外部の電流経路と接続可能な導電性の第6の層と、を有する第2の多層基板と、
前記第1の開口部及び前記第2の開口部を挿通する第1の脚と、前記第1の巻線と、前記第2の巻線と、前記第3の巻線と、前記第4の巻線と、の一部を挟んで前記第1の脚と並列に設けられた第2の脚と、第1の脚及び第2の脚に挟まれた、前記第1の巻線と、前記第2の巻線と、前記第3の巻線と、前記第4の巻線と、に流れる電流の向きと逆方向に電流が流れる、前記第1の巻線、前記第2の巻線、前記第3の巻線、及び前記第4の巻線の別の一部を挟んで、前記第1の脚及び前記第2の脚と並列に設けられた第3の脚と、前記第1の脚、前記第2の脚、及び前記第3の脚の一端を接続する第1のヨーク部と、前記第1の脚、前記第2の脚、及び前記第3の脚の他端を接続する第2のヨーク部と、を有する鉄心と、
を備えるフィルタ装置。 A multilayer substrate provided with a first opening, wherein a first spiral connection winding connects a first input / output terminal and a first connection terminal and surrounds the first opening. A first layer on which the first wiring pattern is provided, a second connection terminal connected to the first connection terminal, and a second input / output terminal. A second layer provided with a second wiring pattern representing a spiral second winding surrounding the first opening, which generates a magnetic field in the same direction as the magnetic field generated in the first winding; A first multilayer substrate having a conductive third layer provided between the first layer and the second layer and connectable to an external current path;
A multilayer substrate provided with a second opening, wherein a spiral third winding which connects a third input / output terminal and a third connection terminal and surrounds the second opening is shown. A fourth layer on which the third wiring pattern is provided, a fourth connection terminal connected to the third connection terminal, and a fourth input / output terminal. A fifth layer provided with a fourth wiring pattern representing a spiral fourth winding that surrounds the second opening and generates a magnetic field in the same direction as the magnetic field generated in the third winding; A second multilayer substrate provided between the fourth layer and the fifth layer, and having a conductive sixth layer connectable to an external current path;
A first leg inserted through the first opening and the second opening, the first winding, the second winding, the third winding, and the fourth winding; A second leg provided in parallel with the first leg with a part of the winding interposed therebetween; the first winding sandwiched between the first leg and the second leg; The first winding, the second winding, wherein current flows in a direction opposite to the direction of current flowing through the second winding, the third winding, and the fourth winding; A third leg provided in parallel with the first leg and the second leg across another part of the third winding and the fourth winding; A first yoke connecting one end of the leg, the second leg, and the third leg, and connecting the other end of the first leg, the second leg, and the third leg. A core having a second yoke portion;
A filter device comprising:
さらに備える請求項1に記載のフィルタ装置。 A soft magnetic sheet between the first multilayer substrate and the second multilayer substrate,
The filter device according to claim 1, further comprising:
第1の開口部が設けられた多層基板であって、第1の入出力端子と第1の接続端子とを接続し且つ前記第1の開口部を囲む渦巻き状の第1の巻線を表した第1の配線パターンが設けられた第1の層と、前記第1の接続端子に接続された第2の接続端子と前記3相インバータに接続された第2の入出力端子とを接続し、電流が流れた状態で前記第1の巻線において生じる磁界と同一方向に磁界を生じさせる、前記第1の開口部を囲む渦巻き状の第2の巻線を表した第2の配線パターンが設けられた第2の層と、前記第1の層及び前記第2の層の間に設けられ、外部の電流経路と接続可能な導電性の第3の層と、を有する第1の多層基板と、第2の開口部が設けられた多層基板であって、第3の入出力端子と第3の接続端子とを接続し且つ前記第2の開口部を囲む渦巻き状の第3の巻線を表した第3の配線パターンが設けられた第4の層と、前記第3の接続端子に接続された第4の接続端子と前記3相インバータに接続された第4の入出力端子とを接続し、電流が流れた状態で前記第3の巻線において生じる磁界と同一方向に磁界を生じさせる、前記第2の開口部を囲む渦巻き状の第4の巻線を表した第4の配線パターンが設けられた第5の層と、前記第4の層及び前記第5の層の間に設けられ、外部の電流経路と接続可能な導電性の第6の層と、を有する第2の多層基板と、前記第1の開口部及び前記第2の開口部を挿通する第1の脚と、前記第1の巻線と、前記第2の巻線と、前記第3の巻線と、前記第4の巻線と、の一部を挟んで前記第1の脚と並列に設けられた第2の脚と、第1の脚及び第2の脚に挟まれた、前記第1の巻線と、前記第2の巻線と、前記第3の巻線と、前記第4の巻線と、に流れる電流の向きと逆方向に電流が流れる、前記第1の巻線、前記第2の巻線、前記第3の巻線、及び前記第4の巻線の別の一部を挟んで、前記第1の脚及び前記第2の脚と並列に設けられた第3の脚と、前記第1の脚、前記第2の脚、及び前記第3の脚の一端を接続する第1のヨーク部と、前記第1の脚、前記第2の脚、及び前記第3の脚の他端を接続する第2のヨーク部と、を有する鉄心と、を有するフィルタ装置と、
前記3相インバータと、負荷に接続可能な端子と、を接続する線毎に設けられているリアクトルと、
前記3相インバータと、前記負荷に接続可能な端子と、を接続する各線から分岐配線して、前記リアクトルと直列に設けられたコンデンサと、
前記コンデンサを繋いだ中性点と3相インバータの直流側の接続点とを接続すると共に、前記フィルタ装置の前記第3の層と前記第6の層とを接続する配線と、
を備えるインバータ装置。 A three-phase inverter,
A multilayer substrate provided with a first opening, wherein a first spiral connection winding connects a first input / output terminal and a first connection terminal and surrounds the first opening. A first layer on which the first wiring pattern is provided, a second connection terminal connected to the first connection terminal, and a second input / output terminal connected to the three-phase inverter. A second wiring pattern representing a spiral second winding surrounding the first opening, which generates a magnetic field in the same direction as a magnetic field generated in the first winding in a state where a current flows. A first multilayer substrate, comprising: a second layer provided; and a conductive third layer provided between the first layer and the second layer and connectable to an external current path. And a multi-layer substrate provided with a second opening, the third substrate connecting a third input / output terminal and a third connection terminal, and A fourth layer on which a third wiring pattern representing a spiral third winding surrounding the opening is provided; a fourth connection terminal connected to the third connection terminal; A spiral that surrounds the second opening and connects to a fourth input / output terminal connected to an inverter to generate a magnetic field in the same direction as a magnetic field generated in the third winding in a state where a current flows; A fifth layer on which a fourth wiring pattern representing the fourth winding is provided, and a conductive layer provided between the fourth layer and the fifth layer and connectable to an external current path. A second multi-layer substrate having a sixth layer having the same nature, a first leg inserted through the first opening and the second opening, the first winding, and the second And a second leg provided in parallel with the first leg with a part of the third winding and the fourth winding therebetween. And the direction of the current flowing through the first winding, the second winding, the third winding, and the fourth winding between the first and second legs. The first leg, the second leg, the third winding, and another part of the fourth winding, in which current flows in opposite directions, are sandwiched between the first leg and the first leg. A third leg provided in parallel with the second leg, a first yoke portion connecting one end of the first leg, the second leg, and the third leg, And a second yoke part connecting the other ends of the second leg, the second leg, and the third leg, and a core device having the same.
A reactor provided for each line connecting the three-phase inverter and a terminal connectable to a load,
A capacitor that is branched from each line connecting the three-phase inverter and a terminal connectable to the load, and is provided in series with the reactor;
A wire connecting the neutral point connecting the capacitor and a connection point on the DC side of the three-phase inverter, and connecting the third layer and the sixth layer of the filter device;
An inverter device comprising:
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