JP7218599B2 - Noise filter - Google Patents
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Description
本明細書が開示する技術は、ノイズフィルタに関する。 The technology disclosed in this specification relates to noise filters.
導電線に重畳する電磁ノイズを抑えるために、ノイズフィルタの開発が進められている。この種のノイズフィルタの多くは、電磁ノイズをバイパスさせて電磁ノイズが出力に伝達されるのを抑えるためのコンデンサを備えている。しかしながら、コンデンサには等価直列インダクタンス(ESL:Equivalent Series Inductance)と称される寄生インダクタンスが存在しており、さらに、そのコンデンサが接続する配線にも寄生インダクタンスが存在している。このため、このようなノイズフィルタは、これら寄生インダクタンスの影響により、高周波帯域の電磁ノイズに対して良好なフィルタ性能を発揮できないことが知られている。 In order to suppress electromagnetic noise superimposed on conductive lines, noise filters are being developed. Many noise filters of this type have a capacitor for bypassing electromagnetic noise and suppressing transmission of the electromagnetic noise to the output. However, the capacitor has a parasitic inductance called equivalent series inductance (ESL), and the wiring to which the capacitor is connected also has a parasitic inductance. Therefore, it is known that such a noise filter cannot exhibit good filtering performance against electromagnetic noise in a high frequency band due to the influence of these parasitic inductances.
特許文献1は、導電線に直列接続させた一対のインダクタの磁気結合を利用するノイズフィルタを開示する。特許文献1に開示されるノイズフィルタでは、一対のインダクタの間に生じる相互インダクタンスによってコンデンサの等価直列インダクタンスを減じることにより、フィルタ性能を向上させている。
特許文献1の技術では、磁気結合する一対のインダクタを導電線に形成するために、特定パターンで形成された導電線が用いられている。しかしながら、導電線の特定パターンによっては、ノイズフィルタの面積が大きくなるという問題がある。また、導電線の特定パターンによっては、導電線の幅が狭くなり、寄生抵抗が増加する。このため、ノイズフィルタのエネルギー損失に伴う発熱を抑制できなくなるという問題がある。このような問題を考慮する必要があることから、特定パターンで形成された導電線を用いる技術は、設計自由度が著しく低い。したがって、特定パターンで形成された導電線を用いる技術は、汎用性に乏しい技術といえる。本願明細書は、コンデンサの等価直列インダクタンスとコンデンサが接続される配線の寄生インダクタンスを抑えるノイズフィルタであって、汎用性が高いノイズフィルタを提供することを目的とする。
In the technique of
本明細書が開示するノイズフィルタの一実施形態は、第1導電線と第2導電線と第3導電線と磁性体を備えることができる。前記第1導電線は、第1入力ポートと第1出力ポートの間を延びており、前記第1入力ポートと第1分岐部の間を延びている第1入力側導電線と、前記第1出力ポートと前記第1分岐部の間を延びている第1出力側導電線と、を有している。前記第2導電線は、第2入力ポートと第2出力ポートの間を延びており、前記第2入力ポートと第2分岐部の間を延びている第2入力側導電線と、前記第2出力ポートと前記第2分岐部の間を延びている第2出力側導電線と、を有している。前記第3導電線は、前記第1導電線の前記第1分岐部と前記第2導電線の前記第2分岐部の間に接続されているとともにコンデンサが介挿されている。前記磁性体は、前記第1入力側導電線と前記第2入力側導電線と前記第1出力側導電線と前記第2出力側導電線の各々を横断するように設けられている。前記磁性体は、前記第1入力側導電線と前記第2入力側導電線と前記第1出力側導電線と前記第2出力側導電線の各々を相互に磁気結合させ、これらの磁気結合によって生じる相互インダクタンスによって前記コンデンサの等価直列インダクタンスと前記第3導電線の寄生インダクタンスを減ずるように構成されている。上記実施形態のノイズフィルタでは、前記第1導電線と前記第2導電線の各々に何ら特定パターンを形成する必要がない。このため、前記第1導電線と前記第2導電線の各々に対して前記磁性体を配設する技術は、様々な種類の導電線に対して適用することができ、汎用性が高い技術である。 An embodiment of the noise filter disclosed herein can comprise a first conductive line, a second conductive line, a third conductive line, and a magnetic material. The first conductive line extends between a first input port and a first output port, and extends between the first input port and a first branch. a first output conductive line extending between the output port and the first branch. the second conductive line extending between a second input port and a second output port, a second input conductive line extending between the second input port and a second branch; a second output conductive line extending between the output port and the second branch. The third conductive line is connected between the first branched portion of the first conductive line and the second branched portion of the second conductive line, and has a capacitor interposed therebetween. The magnetic body is provided so as to cross each of the first input-side conductive line, the second input-side conductive line, the first output-side conductive line, and the second output-side conductive line. The magnetic body magnetically couples the first input-side conductive line, the second input-side conductive line, the first output-side conductive line, and the second output-side conductive line to each other, and by these magnetic couplings, The resulting mutual inductance is configured to reduce the equivalent series inductance of the capacitor and the parasitic inductance of the third conductive line. In the noise filter of the above embodiment, there is no need to form any particular pattern on each of the first conductive lines and the second conductive lines. Therefore, the technique of arranging the magnetic material on each of the first conductive line and the second conductive line can be applied to various types of conductive lines, and is a highly versatile technique. be.
上記実施形態のノイズフィルタでは、前記磁性体が環状の形態を有していてもよい。この実施形態によると、前記第1導電線の周囲に設けられた前記磁性体を通る磁路と前記第2導電線の周囲に設けられた前記磁性体を通る磁路を共通のものとすることができる。このため、前記第1導電線と前記第2導電線の各々に別個の磁性体を設ける場合に比して、部品点数を少なくすることができる。また、前記磁性体には、前記環状の形態の周方向に沿って前記磁性体を離間させるギャップが形成されていてもよい。このようなギャップが設けられていると、ギャップの幅等を調整することにより、磁気結合によって生じる相互インダクタンスを調整することができる。 In the noise filter of the above embodiment, the magnetic body may have an annular shape. According to this embodiment, the magnetic path passing through the magnetic material provided around the first conductive line and the magnetic path passing through the magnetic material provided around the second conductive line are shared. can be done. Therefore, the number of parts can be reduced as compared with the case where separate magnetic bodies are provided for each of the first conductive line and the second conductive line. Further, a gap may be formed in the magnetic body to separate the magnetic bodies along the circumferential direction of the annular shape. When such a gap is provided, the mutual inductance caused by magnetic coupling can be adjusted by adjusting the width of the gap.
上記実施形態のノイズフィルタでは、前記磁性体が同一面内を延びるように構成されていてもよい。このノイズフィルタの前記磁性体は、平坦な形態で構成されているので、製造が容易という特徴を有している。あるいは、上記実施形態のノイズフィルタでは、前記第1導電線と前記第2導電線の双方が同一面内を延びるように構成されていてもよい。このノイズフィルタの前記第1導電線と前記第2導電線は、例えばプリント基板又は厚銅基板に配設することができる。 In the noise filter of the above embodiment, the magnetic bodies may be configured to extend in the same plane. Since the magnetic body of this noise filter is configured in a flat form, it has a feature of being easy to manufacture. Alternatively, in the noise filter of the above embodiment, both the first conductive line and the second conductive line may extend in the same plane. The first conductive line and the second conductive line of this noise filter can be arranged on, for example, a printed board or a thick copper board.
上記実施形態のノイズフィルタは、前記磁気結合を無視したときに、前記第1入力側導電線のインダクタンスと前記第2入力側導電線のインダクタンスが一致し、前記第1出力側導電線のインダクタンスと前記第2出力側導電線のインダクタンスが一致する、ように構成されていてもよい。さらに、上記実施形態のノイズフィルタは、前記磁気結合を考慮したときに、前記第1入力側導電線のインダクタンスと前記第2入力側導電線のインダクタンスが一致し、前記第1出力側導電線のインダクタンスと前記第2出力側導電線のインダクタンスが一致する、ように構成されていてもよい。この実施形態によると、ノーマルモードからコモンモードへの電磁ノイズの変換を抑制することができる。 In the noise filter of the above embodiment, when the magnetic coupling is ignored, the inductance of the first input-side conductive line and the inductance of the second input-side conductive line match, and the inductance of the first output-side conductive line It may be configured such that the inductances of the second output-side conductive lines are the same. Furthermore, in the noise filter of the above embodiment, when the magnetic coupling is considered, the inductance of the first input-side conductive line and the inductance of the second input-side conductive line match, and the inductance of the first output-side conductive line The inductance may match the inductance of the second output-side conductive line. According to this embodiment, the conversion of electromagnetic noise from normal mode to common mode can be suppressed.
上記実施形態のノイズフィルタでは、前記第1導電線と前記第2導電線の各々が、平板状のバスバーで構成されていてもよい。前記第1導電線と前記第2導電線の各々が平板状のバスバーであっても、そのようなバスバーの周囲に前記磁性体を配設することにより、前記コンデンサの等価直列インダクタンスと前記第3導電線の寄生インダクタンスを減ずることができる。 In the noise filter of the above embodiment, each of the first conductive line and the second conductive line may be configured by a flat busbar. Even if each of the first conductive line and the second conductive line is a flat bus bar, by arranging the magnetic material around such a bus bar, the equivalent series inductance of the capacitor and the third Parasitic inductance of conductive lines can be reduced.
(ノイズフィルタのノイズ伝達特性について)
本願明細書が開示するノイズフィルタの具体的な実施形態を説明する前に、図1~図3を参照し、ノイズフィルタ1のノイズ伝達特性について説明する。なお、図1及び図2は、後述する磁性体を取り除いた状態の等価回路であり、図3は後述する磁性体を取り付けた状態の等価回路である。
(About noise transfer characteristics of noise filters)
Before describing specific embodiments of the noise filter disclosed in the present specification, noise transfer characteristics of the
図1(A)に示されるように、ノイズフィルタ1は、第1入力ポートIN1と第1出力ポートOUT1の間を延びている第1導電線11と、第2入力ポートIN2と第2出力ポートOUT2の間を延びている第2導電線12と、一端が第1導電線11に接続されているとともに他端が第2導電線12に接続されている第3導電線13と、を備えている。第3導電線13には、コンデンサC1が介挿されている。ノイズフィルタ1はさらに、第1導電線11に直列接続されている一対のインダクタL1,L3と、第2導電線12に直列接続されている一対のインダクタL2,L4と、第3導電線13に直列接続されている一対のインダクタL5,L6と、を備えている。インダクタL1のインダクタンスがL1であり、インダクタL2のインダクタンスがL2であり、インダクタL3のインダクタンスがL3であり、インダクタL4のインダクタンスがL4であり、インダクタL5のインダクタンスがL5であり、インダクタL6のインダクタンスがL6である。なお、インダクタL1,L2,L3,L4,L5,L6の各々は、配線の寄生インダクタであってもよい。また、インダクタンスL5,L6には、コンデンサC1の等価直列インダクタンス(ESL:Equivalent Series Inductance)が加算されている。
As shown in FIG. 1A, the
第1入力ポートIN1と第2入力ポートIN2をノーマルモードで励振し、第1出力ポートOUT1と第2出力ポートOUT2へのノーマルモードの伝達を観測する場合、図1(A)の等価回路は、図1(B)の2ポート回路とみなすことができる。 When the first input port IN1 and the second input port IN2 are excited in the normal mode and the normal mode transmission to the first output port OUT1 and the second output port OUT2 is observed, the equivalent circuit of FIG. It can be regarded as the two-port circuit of FIG.
図1(B)の2ポート回路にノイズ発生源と負荷を接続した等価回路を図2に示す。ZEは、ノイズ発生源の内部インピーダンスであり、ZLoadは負荷のインピーダンスである。L12はインダクタL1とインダクタL2の合成インダクタンスであり、L34はインダクタL3とインダクタL4の合成インダクタンスであり、L56はインダクタL5とインダクタL6の合成インダクタンスである。 FIG. 2 shows an equivalent circuit in which a noise source and a load are connected to the two-port circuit of FIG. 1(B). ZE is the internal impedance of the noise source and Z Load is the impedance of the load. L12 is the combined inductance of inductors L1 and L2, L34 is the combined inductance of inductors L3 and L4, and L56 is the combined inductance of inductors L5 and L6.
具体的な構成は後述するが、本願明細書が開示するノイズフィルタ1は、第1導電線11と第2導電線12の周囲に配設された磁性体によって、インダクタL1とインダクタL2とインダクタL3とインダクタL4が相互に磁気結合するように構成されている。即ち、本願明細書が開示するノイズフィルタ1では、任意のインダクタが他の全てのインダクタと相互に磁気結合している。これらの磁気結合によって生じる相互インダクタンスMを考慮すると、図2の等価回路は、図3の等価回路のように表すことができる。図3に示されるように、第3導電線13のインダクタンスL56が相互インダクタンスMによって減じられている。
Although the specific configuration will be described later, the
ここで、ノイズ発生源のノイズ電圧をEnoiseとすると、負荷に加わるノイズ電圧VLoadは、以下の式で表される。
ZL12:インダクタンスL12に対応したインピーダンス(jω(L12+M))
ZL34:インダクタンスL34に対応したインピーダンス(jω(L34+M))
ZL56:インダクタンスL56に対応したインピーダンス(jω(L56-M))
ZCap:コンデンサC1のインピーダンス(1/(jωC))
ω:角周波数(2πf)
Z L12 : Impedance (jω(L 12 +M)) corresponding to inductance L 12
Z L34 : Impedance (jω(L 34 +M)) corresponding to inductance L 34
Z L56 : Impedance (jω(L 56 −M)) corresponding to inductance L 56
Z Cap : Impedance of capacitor C1 (1/(jωC))
ω: Angular frequency (2πf)
負荷に加わるノイズ電圧VLoadを低減するためには、上記数式1の分母を大きくするか、上記数式1の分子を小さくすればよい。ZEとZLoadは、ノイズフィルタ1の外部にあることから、設計の対象外である。
In order to reduce the noise voltage V Load applied to the load, the denominator of
ノイズ電圧VLoadの振幅は絶対値で表されるので、上記数式1の絶対値をとり、その右辺の分子をVnumとすると、以下の数式で表すことができる。
上記数式2によれば、{ω(L56-M)-1/ωC}が0となるように相互インダクタンスMを設定すると、フィルタ性能が最大化することが分かる。しかしながら、そのような条件は、ある特定の周波数のみで実現される。このため、ノイズフィルタ回路では、幅広い周波数のノイズを低減するのが望ましく、そのような条件で設定されない。
According to
ここで、相互インダクタンスMは、インダクタンスL12とインダクタンスL34の間の相互インダクタンスであり、結合係数kを用いて以下の数式で表すことができる。
結合係数kは磁気結合の度合いを示す値であり、本明細書が開示する構造では、0≦k≦1の値をとる。上記数式2及び上記数式3に示されるように、インダクタンスL56と相互インダクタンスMが一致するように、k、L12、L34の値を調整すれば、上記数式1の分子にはコンデンサC1のインピーダンスと負荷のインピーダンスの積のみが残る。角周波数ωは周波数の増加とともに大きくなることから、インダクタンスL56と相互インダクタンスMを一致させれば、高周波帯域の電磁ノイズに対するフィルタ性能が向上する。
The coupling coefficient k is a value indicating the degree of magnetic coupling, and takes a value of 0≦k≦1 in the structure disclosed in this specification. As shown in
このように、本願明細書が開示するノイズフィルタ1は、インダクタL1とインダクタL2とインダクタL3とインダクタL4を相互に磁気結合させることにより、これらの磁気結合によって生じる相互インダクタンスMによってインダクタンスL56が減じられるように構成されている。本明細書が開示する技術は、この現象を利用して、高周波帯域の電磁ノイズに対するフィルタ性能を改善することができる。
In this way, the
(ノーマルモードからコモンモードへの変換が抑制される効果について)
本願明細書が開示するノイズフィルタの具体的な実施形態を説明する前に、図4及び図5を参照し、ノイズフィルタ1のノーマルモードからコモンモードへの電磁ノイズの変換が抑制される効果について説明する。なお、図4は後述する磁性体を取り除いた状態の等価回路であり、図5は後述する磁性体を取り付けた状態の等価回路である。
(Regarding the effect of suppressing conversion from normal mode to common mode)
Before describing a specific embodiment of the noise filter disclosed in the specification of the present application, referring to FIGS. explain. FIG. 4 shows an equivalent circuit without a magnetic body, which will be described later, and FIG. 5 shows an equivalent circuit with a magnetic body, which will be described later.
図4に、図1(A)のノイズフィルタ1に差動のノイズ発生源と負荷を接続した等価回路を示す。ZE1,ZE2はそれぞれノイズ発生源の内部インピーダンスであり、ZLoad1,ZLoad2はそれぞれ負荷のインピーダンスである。Zcはコモンモードの電流経路のコモンモードインピーダンスである。コモンモードインピーダンスZcを流れる電流Icは、以下の式で表される。
ここで、インピーダンスZ1,Z2,Z3,Z4,Z5はそれぞれ、以下の合成インピーダンスを表す。 Here, impedances Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , and Z 5 respectively represent the following composite impedances.
Z1=ZE1+jωL1
Z2=ZE2+jωL2
Z3=ZLoad1+jωL3
Z4=ZLoad2+jωL4
Z5=jω(L5+L6)+1/(jωC)
Z 1 =Z E1 +jωL 1
Z 2 =Z E2 +jωL 2
Z 3 =
Z4 = ZLoad2 + jωL4
Z 5 =jω(L 5 +L 6 )+1/(jωC)
図4に示す等価回路では、ノーマルモードのノイズ発生源を用いて励振されているので、Icはノーマルモードからコモンモードに変換される量を表している。数式4によると、Z1=Z2、且つ、Z3=Z4のときにIc=0となり、ノーマルモードからコモンモードへの変換が抑制される。ノイズ発生源の内部インピーダンスZE1,ZE2がそれぞれ一致し、負荷のインピーダンスZLoad1,ZLoad2がそれぞれ一致していると、Z1=Z2が成立するためには以下の数式6が成立する必要があり、Z3=Z4が成立するためには以下の数式7が成立する必要がある。
インダクタンスの大きさは構造で決まるので、上記数式6及び数式7が成立するためには、第1導電線11と第2導電線12の各々の入力側の配線の形態を一致させ、第1導電線11と第2導電線12の各々の出力側の配線の形態を一致させればよい。
Since the magnitude of the inductance is determined by the structure, in order for the above formulas 6 and 7 to hold, the form of wiring on the input side of each of the first
具体的な構成は後述するが、本願明細書が開示するノイズフィルタ1は、第1導電線11と第2導電線12の周囲に配設された磁性体によって、インダクタL1とインダクタL2とインダクタL3とインダクタL4が相互に磁気結合するように構成されている。図1(A)のノイズフィルタにおいて、磁気結合を考慮したときの等価回路を図5に示す。磁性体が設けられていると、インダクタL1とインダクタL2とインダクタL3とインダクタL4の各々の自己インダクタンスが増加する。増加した自己インダクタンスを考慮したときに、インダクタL1のインダクタンスをL1’とし、インダクタL2のインダクタンスをL2’とし、インダクタL3のインダクタンスをL3’とし、インダクタL4のインダクタンスをL4’とする。図5の等価回路において、閉路電流Il12,Il34が流れたときのインダクタL1,L2,L2,L4のそれぞれに発生する電圧V1,V2,V3,V4については、以下の関係が成立する。
ここで、Mnm(n=1~4、m=1~4)はインダクタンスL1’~L4’間の相互インダクタンスを表しており、Ln’とLm’との相互インダクタンスがMnm(=Mmn)である。この回路において、図4のノーマルモードのノイズ発生源、負荷、コモンモード経路を接続したときに、ノーマルモードからコモンモードへの返還を抑制するためには、図5において、V1=V2、V3=V4であることが必要になる。そのためには、以下の数式が成立する必要がある。
上記数式9において、M12=M21であることから、
上記数式13が成立するためには、インダクタL1とそれを横断する磁性体の位置関係が、インダクタL2とそれを横断する磁性体の位置関係と同一であればよい。上記数式14についても、同様である。
In order for the
上記数式10が成立するためには、インダクタL1に対するインダクタL3とL4の各々で発生する磁束の結合量が、インダクタL2に対するインダクタL3とL4の各々で発生する磁束の結合量と同一にならなければならない。L3’=L4’であれば、それを簡易に実現できる。上記数式11についても同様であり、L1’=L2’であればよい。
In order for the
以上により、上記数式6、7、13、14が成立すれば、ノイズフィルタ1はノーマルモードからコモンモードへの電磁ノイズの変換を抑制することができる。後述するように、本明細書が開示するノイズフィルタでは、入力側の導電線及び出力側の導電線をコンデンサに対して対称な構造とすることで、上記数式6、7、13、14が成立するように構成されている。
As described above, if the
(ノイズフィルタの実施形態について)
以下、本明細書が開示する技術が適用されたノイズフィルタについて説明する。なお、以下で参照する各図において、上述のノイズフィルタ1の回路要素と実質的に機能が共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略することがある。
(Regarding noise filter embodiment)
A noise filter to which the technology disclosed in this specification is applied will be described below. In each figure referred to below, components having substantially the same function as the circuit elements of the
図6にノイズフィルタ10の斜視図を示す。ノイズフィルタ10は、第1入力ポートIN1と第1出力ポートOUT1の間を延びている第1導電線11と、第2入力ポートIN2と第2出力ポートOUT2の間を延びている第2導電線12と、一端が第1導電線11の第1分岐部11Cに接続されるとともに他端が第2導電線12の第2分岐部12Cに接続されている第3導電線13と、磁性体30と、を備えている。第3導電線13には、コンデンサC1が介挿されている。
FIG. 6 shows a perspective view of the
第1導電線11と第2導電線12の各々は、平板状に成形された金属のバスバーで構成されている。第1導電線11の第1入力ポートIN1と第2導電線12の第2入力ポートIN2が、ノイズ発生源となる電源に接続されている。第1導電線11が正側の電力配線であり、第2導電線12が負側の電力配線である。電源は、直流電源でも、交流電源でもよい。第1導電線11の第1出力ポートOUT1と第2導電線12の第2出力ポートOUT2の間に負荷が接続されている。第1導電線11と第2導電線12は、平行に延びている。
Each of the first
第1導電線11のうちの第1入力ポートIN1と第1分岐部11Cの間の部分を第1入力側導電線11Aという。第1導電線11のうちの第1出力ポートOUT1と第1分岐部11Cの間の部分を第1出力側導電線11Bという。第2導電線12のうちの第2入力ポートIN2と第2分岐部12Cの間の部分を第2入力側導電線12Aという。第2導電線12のうちの第2出力ポートOUT2と第2分岐部12Cの間の部分を第2出力側導電線12Bという。
A portion of the first
第1導電線11については、第1入力側導電線11Aと第1出力側導電線11Bと第1分岐部11Cが同一面に配置されていない。第1導電線11が、階段状の形態を有している。第1入力側導電線11Aは第1分岐部11Cに対して図示上側に配置されており、第1出力側導電線11Bは第1分岐部11Cに対して図示下側に配置されている。このように、第1入力側導電線11Aと第1出力側導電線11Bは、第1分岐部11Cに対して上下が異なる側に配置されている。
As for the first
第2導電線12についても、第2入力側導電線12Aと第2出力側導電線12Bと第2分岐部12Cが同一面に配置されていない。第2導電線12が、階段状の形態を有している。第2入力側導電線12Aは第2分岐部12Cに対して図示下側に配置されており、第2出力側導電線12Bは第2分岐部12Cに対して図示上側に配置されている。このように、第2入力側導電線12Aと第2出力側導電線12Bは、第2分岐部12Cに対して上下が異なる側に配置されている。
As for the second
より具体的には、第1導電線11の第1入力側導電線11Aと第2導電線12の第2入力側導電線12Aが同一面に配置されておらず、第1入力側導電線11Aが第2入力側導電線12Aよりも図示上側に配置されている。このような位置関係で構成されることにより、直線状に延びる磁性体30の一部が、第1入力側導電線11Aの図示下側を横断するとともに第2入力側導電線12Aの図示上側を横断することができる。また、第1導電線11の第1出力側導電線11Bと第2導電線12の第2出力側導電線12Bも同一面に配置されておらず、第1出力側導電線11Bが第2出力側導電線12Bよりも図示下側に配置されている。このような位置関係で構成されることにより、直線状に延びる磁性体30の一部が、第1出力側導電線11Bの図示上側を横断するとともに第2出力側導電線12Bの図示下側を横断することができる。
More specifically, the first input-side
第3導電線13は、平板状に成形された金属のバスバーで構成されている。第3導電線13は、第1導電線11と第2導電線12の各々に対して直交しており、第1導電線11の第1分岐部11C側面から延びているとともに第2導電線12の第2分岐部12Cの側面から延びている。第3導電線13には、コンデンサC1が介挿されている。コンデンサC1には、周波数特性が良く、耐圧の高い種類のものが用いられている。コンデンサC1には、例えばフィルムコンデンサ又はセラミックコンデンサが用いられる。
The third
このように、ノイズフィルタ10は、第1導電線11の寄生のインダクタンスと、第2導電線12の寄生のインダクタンスと、第3導電線13に介挿されているコンデンサCと、で構成されているノイズフィルタである。
Thus, the
磁性体30は、磁性材料のフェライト粉末を樹脂に練り込んだ磁性シートで構成されている。磁性体30は、第1磁性体部分31と第2磁性体部分32と第3磁性体部分33と第4磁性体部分34とを有しており、環状の形態となるように構成されている。第1磁性体部分31と第2磁性体部分32と第3磁性体部分33と第4磁性体部分34は、同一面内を延びるように構成されており、平面視したときに、矩形状となるように構成されている。このように、磁性体30が同一面内を延びるように構成されていると、磁性体30の製造が容易となる。なお、磁性体30は、Mn-Zn、Ni-Zn等の材料を焼結したフェライト等を成形した磁性プレートであってもよい。
The
第1磁性体部分31は、第1導電線11の第1入力側導電線11Aと第2導電線12の第2入力側導電線12Aの各々を横断するように直線状に延びている。第1磁性体部分31は、第1入力側導電線11Aの図示下側を第1入力側導電線11Aに対して直交するように横断している。第1磁性体部分31はさらに、第2入力側導電線12Aの図示上側を第2入力側導電線12Aに対して直交するように横断している。
The first
第2磁性体部分32は、第1導電線11の外側を第1導電線11に対して平行に延びている。第2磁性体部分32は、その一端が第1磁性体部分31に接続されており、その多端が第3磁性体部分33に接続されている。
The second
第3磁性体部分33は、第1導電線11の第1出力側導電線11Bと第2導電線12の第2出力側導電線12Bの各々を横断するように直線状に延びている。第3磁性体部分33は、第1出力側導電線11Bの図示上側を第1出力側導電線11Bに対して直交するように横断している。第3磁性体部分33はさらに、第2出力側導電線12Bの図示下側を第2出力側導電線12Bに対して直交するように横断している。
The third
第4磁性体部分34は、第2導電線12の外側を第2導電線12に対して平行に延びている。第4磁性体部分34は、その一端が第3磁性体部分33に接続されており、その多端が第1磁性体部分31に接続されている。
The fourth
なお、この例の磁性体30は、連続した環状の形態で構成されている。この例に代えて、磁性体30には、環状の形態の周方向に沿って磁性体30を離間させるギャップが形成されていてもよい。例えば、第1磁性体部分31と第2磁性体部分32の間にギャップが形成され、第1磁性体部分31と第4磁性体部分34の間にギャップが形成されていてもよい。この場合、磁性体30は、I型の部分(第1磁性体部分31)と、C型の部分(第2磁性体部分32と第3磁性体部分33と第4磁性体部分34)と、の2つの部分で構成される。このように、磁性体30が分割されて構成されていると、磁性体30を導電線11,12の周囲に実装するのが容易となる。また、後述するように、ギャップの幅を調整することにより、相互インダクタンスを調整することが可能となる。なお、ギャップが形成される位置及びギャップの数については、特に限定されるものではない。
It should be noted that the
ここで、第1導電線11と第2導電線12にノーマルモード(ディファレンシャルモード)のノイズが重畳する場合を考える。この場合、ノイズ電流は、第1導電線11と第2導電線12を逆相で流れる。例えば、ノイズ電流は、第1入力ポートIN1から第1出力ポートOUT1に向けて第1導電線11を流れるとともに、第2出力ポートOUT2から第2入力ポートIN2に向けて第2導電線12を流れる。このようなノーマルモードのノイズ電流が流れると、磁性体30内に磁束が発生する。第1磁性体部分31では、第2入力側導電線12Aから第1入力側導電線11Aへの向きに磁束が発生する。第3磁性体部分33では、第1出力側導電線11Bから第2出力側導電線12Bへの向きに磁束が発生する。このように、磁性体30内には、図示時計回りの向きに磁束が発生する。このように、第1導電線11と第2導電線12の周囲に磁性体30が配設されていると、第1入力側導電線11Aと第2入力側導電線12Aと第1出力側導電線11Bと第2出力側導電線12Bの各々を相互に磁気結合させることができる。
Here, consider a case where normal mode (differential mode) noise is superimposed on the first
このノイズフィルタ10では、第1磁性体部分31と第2磁性体部分32と第3磁性体部分33と第4磁性体部分34の各々の材料及び形態等を調整することにより、第1入力側導電線11Aと第2入力側導電線12Aと第1出力側導電線11Bと第2出力側導電線12Bの各々の間に生じる相互インダクタンスが調整される。また、上記したように、磁性体30の一部にギャップが形成されている場合、そのギャップの幅も調整することにより、これらの導電線の間に生じる相互インダクタンスが調整される。これにより、これら導電線の間に生じる相互インダクタンスによってコンデンサC1の等価直列インダクタンスと第3導電線13の寄生インダクタンスの和が減じられる(図3参照)。この結果、上記数式2で示したように、ノイズフィルタ10は、高周波帯域の電磁ノイズに対して高いフィルタ性能を発揮することができる。なお、これら導電線の間に生じる相互インダクタンスがコンデンサC1の等価直列インダクタンスと第3導電線13の寄生インダクタンスの和に必ずしも一致する必要はない。相互インダクタンスを「M」とし、コンデンサC1の等価直列インダクタンスと第3導電線13の寄生インダクタンスの和を「L56」とすると、|L56-M|<L56となるようにMを調整することで、コンデンサC1が高周波まで低インピーダンスを保つことができる。これにより、ノイズ電流がコンデンサC1を介してバイパスされ、ノイズ電流が出力へ伝達されるのが抑えられる。ノイズフィルタ10は、高いフィルタ性能を有することができる。
In this
ノイズフィルタ10では、第1導電線11と第2導電線12の周囲に磁性体30を配設するだけで、コンデンサC1の等価直列インダクタンスと第3導電線13の寄生インダクタンスの和が減じられる。この例では、第1導電線11と第2導電線12がバスバーであるが、他の種類の導電線であっても同様である。また、第1導電線11と第2導電線12の形状がどのようなものであっても、その周囲に磁性体30を配設することで、コンデンサC1の等価直列インダクタンスと第3導電線13の寄生インダクタンスの和を減ずることができる。特に、磁性シートで構成されている磁性体30は、第1導電線11と第2導電線12に対して容易に配設することができる。このように、第1導電線11と第2導電線12の周囲に磁性体30を配設するという技術は、様々な種類の導電線に適用できることから、汎用性が高い技術である。
In the
また、ノイズフィルタ10では、磁性体30が、第1導電線11と第2導電線12の周囲を囲むように環状に構成されていることを1つの特徴としている。例えば、第1導電線11の第1入力側導電線11Aと第1出力側導電線11Bの間を延びるように構成された磁性体と、第2導電線12の第2入力側導電線12Aと第2出力側導電線12Bの間を延びるように構成された磁性体と、の2つの磁性体を採用し、各々の磁性体に磁束が発生するようにしても、ノイズフィルタ10のフィルタ性能を向上させることができる。しかしながら、本実施形態のように、磁路を共通のものとした磁性体30は、同じ大きさの磁束を流す場合、2つの磁性体よりも体積を小さくすることができる。
One of the characteristics of the
また、ノイズフィルタ10は、第1入力側導電線11Aと第2入力側導電線12Aが共通の形態(長さ、幅及び厚み)を有している。同様に、第1出力側導電線11Bと第2出力側導電線12Bが共通の形態(長さ、幅及び厚み)を有している。したがって、ノイズフィルタ10では、磁性体30の磁気結合を無視したときに、第1入力側導電線11Aのインダクタンスと第2入力側導電線12Aのインダクタンスが一致し、第1出力側導電線11Bのインダクタンスと第2出力側導電線12Bのインダクタンスが一致する。このため、ノイズフィルタ10では、上記数式6及び7が成立している。
In the
また、ノイズフィルタ10では、第1入力側導電線11Aに対する磁性体30の相対的な位置関係と第2入力側導電線12Aに対する磁性体30の相対的な位置関係が一致している。同様に、ノイズフィルタ10では、第1出力側導電線11Bに対する磁性体30の相対的な位置関係と第2出力側導電線12Bに対する磁性体30の相対的な位置関係が一致している。したがって、ノイズフィルタ10では、磁性体30の磁気結合を考慮したときに、第1入力側導電線11Aのインダクタンスと第2入力側導電線12Aのインダクタンスが一致し、第1出力側導電線11Bのインダクタンスと第2出力側導電線12Bのインダクタンスが一致する。このため、ノイズフィルタ10では、上記数式13及び14が成立している。
In the
このように、ノイズフィルタ10では、上記数式6,7,13,14が成立するように構成されていることから、ノーマルモードからコモンモードへの電磁ノイズの変換を抑制することができる。
As described above, the
図6に示す例において、ノイズフィルタ10の周囲に基準電位に固定されたGND板が配置されていてもよい。そのようなGND板は、ノイズフィルタ10の周囲の一部のみに配置されていてもよく、ノイズフィルタ10の周囲を囲むように配置されていてもよい。また、GND板がノイズフィルタ10の周囲を取り囲むように配置されていると、GND板が電磁ノイズシールドとしても機能することができる。なお、GND板は、編組線で構成されていてもよい。
In the example shown in FIG. 6, a GND plate fixed to a reference potential may be arranged around the
例えば、図7に、ノイズフィルタ10の上下に一対のGND板42,44が配置された例を模式的に示す。この場合、GND板42,44と導電線11,12の間の距離D1,D2,D3が、図に示す関係となるように構成されていると、GND板による近接効果を考慮しても、上記数式6,7の関係を維持することができ、高周波(例えば10MHz以上)のノイズに対してもノイズ抑制効果を維持することができる。具体的には、下側GND板42と第1入力側導電線11Aの間、下側GND板42と第2出力側導電線12Bの間、上側GND板44と第1出力側導電線11Bの間、及び、上側GND板44と第2入力側導電線12Aの間の距離D1が共通である。下側GND板42と第1出力側導電線11Bの間、下側GND板42と第2入力側導電線12Aの間、上側GND板44と第1入力側導電線11Aの間、及び、上側GND板44と第2出力側導電線12Bの間の距離D2が共通である。下側GND板42と第1分岐部11Cの間、下側GND板42と第2分岐部12Cの間、上側GND板44と第1分岐部11Cの間、及び、上側GND板44と第2分岐部12Cの間の距離D3が共通である。
For example, FIG. 7 schematically shows an example in which a pair of
図6に示すノイズフィルタ10では、磁性体30が平面矩形状の形態を有していた。この例に代えて、図8に示すノイズフィルタ100では、磁性体110が、平面視したときに、円環状の形態を有していてもよい。このような円環状の磁性体110は、磁束が通りやすいという効果を有している。なお、磁性体110は、一部が円環状であってもよく、楕円であってもよい。また、磁性体110には、環状の形態の周方向に沿って磁性体110を離間させるギャップが形成されていてもよい。そのようなギャップが形成されていると、そのギャップ幅を調整することによって磁気結合で生じる相互インダクタンスを調整可能となり、また、磁性体110を導電線11,12の周囲に配設することが容易となる。
In the
図6に示すノイズフィルタ10では、第1導電線11と第2導電線12の各々が、階段状の形態を有していた。この例に代えて、図9に示すノイズフィルタ102では、第1導電線11と第2導電線12の各々が、同一面内に配置されていてもよい。この場合、磁性体120が立体的に配置されている。なお、図10に示すように、磁性体120には、環状の形態の周方向に沿って磁性体120を離間させるギャップが形成されていてもよい。そのようなギャップが形成されていると、そのギャップ幅を調整することによって磁気結合で生じる相互インダクタンスを調整可能となり、また、磁性体110を導電線11,12の周囲に配設することが容易となる。図9及び図10に示すノイズフィルタ102は、第1導電線11と第2導電線12の各々がプリント基板又は厚銅基板上に配置される場合に特に有用である。
In the
図6に示すノイズフィルタ10では、第1導電線11と第2導電線12が平行に延びていた。この例に代えて、図11に示すノイズフィルタ103では、第1導電線11と第2導電線12の各々が、蛇行するように延びており、コンデンサC1が配置される位置で接近するように構成されていてもよい。この例では、第1導電線11の第1分岐部11Cと第2導電線12の第2分岐部12Cの一部が、図6に示す例の第3導電線13に相当する配線(コンデンサC1の両側の配線)となる。このように、コンデンサC1の両側の配線が短くなり、これらの配線の寄生インダクタンスを減らすことができる。このため、これらの配線の寄生インダクタンスを減じるために必要な相互インダクタンスを抑えることができるので、磁性体120の量を低減することができる。また、このノイズフィルタ103では、第1導電線11と第2導電線12が、ポート付近で近接して平行に延びて構成されている。このため、第1導電線11と第2導電線12の寄生インダクタンスを減らすことができる。
In the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. In addition, the technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of them has technical utility in itself.
10:ノイズフィルタ
11:第1導電線
11A:第1入力側導電線
11B:第1出力側導電線
11C:第1分岐部
12:第2導電線
12A:第2入力側導電線
12B:第2出力側導電線
12C:第2分岐部
13:第3導電線
30:磁性体
31:第1磁性体部分
32:第2磁性体部分
33:第3磁性体部分
34:第4磁性体部分
IN1:第1入力ポート
IN2:第2入力ポート
OUT1:第1出力ポート
OUT2:第2出力ポート
C1:コンデンサ
10: Noise filter 11: First
Claims (4)
第2入力ポートと第2出力ポートの間を延びている第2導電線であって、前記第2入力ポートと第2分岐部の間を延びている第2入力側導電線と、前記第2出力ポートと前記第2分岐部の間を延びている第2出力側導電線と、を有する第2導電線と、
前記第1導電線の前記第1分岐部と前記第2導電線の前記第2分岐部の間に接続されているとともにコンデンサが介挿されている第3導電線と、
前記第1入力側導電線と前記第2入力側導電線と前記第1出力側導電線と前記第2出力側導電線の各々を横断するように設けられている磁性体と、を備えており、
前記磁性体は、ノーマルモードのノイズ電流が流れたときに、前記第1入力側導電線と前記第2入力側導電線と前記第1出力側導電線と前記第2出力側導電線の各々を相互に磁気結合させ、これらの磁気結合によって生じる相互インダクタンスによって前記コンデンサの等価直列インダクタンスと前記第3導電線の寄生インダクタンスを減ずるように構成されており、
前記磁気結合を無視したときに、前記第1入力側導電線のインダクタンスと前記第2入力側導電線のインダクタンスが一致し、前記第1出力側導電線のインダクタンスと前記第2出力側導電線のインダクタンスが一致しており、
前記磁気結合を考慮したときに、前記第1入力側導電線のインダクタンスと前記第2入力側導電線のインダクタンスが一致し、前記第1出力側導電線のインダクタンスと前記第2出力側導電線のインダクタンスが一致しており、
前記第1導電線と前記第2導電線の双方が同一面内を延びるように構成されており、
前記第1導電線と前記第2導電線の各々が前記磁性体を巻回していない、ノイズフィルタ。 a first input-side conductive line extending between a first input port and a first output port, the first input-side conductive line extending between the first input port and a first branch; a first conductive line having a first output conductive line extending between an output port and the first branch;
a second input-side conductive line extending between a second input port and a second output port, the second input-side conductive line extending between the second input port and a second branch; a second conductive line having a second output conductive line extending between the output port and the second branch;
a third conductive line connected between the first branch of the first conductive line and the second branch of the second conductive line and having a capacitor inserted therein;
and a magnetic body provided so as to cross each of the first input-side conductive line, the second input-side conductive line, the first output-side conductive line, and the second output-side conductive line. ,
The magnetic body is adapted to connect each of the first input-side conductive line, the second input-side conductive line, the first output-side conductive line, and the second output-side conductive line when a normal mode noise current flows. are magnetically coupled to each other, and the mutual inductance generated by these magnetic couplings reduces the equivalent series inductance of the capacitor and the parasitic inductance of the third conductive line ,
When the magnetic coupling is ignored, the inductance of the first input-side conductive line and the inductance of the second input-side conductive line match, and the inductance of the first output-side conductive line and the inductance of the second output-side conductive line The inductance is matched and
Considering the magnetic coupling, the inductance of the first input-side conductive line and the inductance of the second input-side conductive line match, and the inductance of the first output-side conductive line and the inductance of the second output-side conductive line The inductance is matched and
Both the first conductive line and the second conductive line are configured to extend in the same plane,
A noise filter in which each of the first conductive wire and the second conductive wire is not wound with the magnetic material .
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