JP7425727B2 - Ｌｃフィルタ配置、及びこのようなｌｃフィルタ配置を有する電気又は電子デバイス - Google Patents

Description

本発明は、ＬＣフィルタ配置、及びこのようなＬＣフィルタ配置を有する電気又は電子デバイスに関する。ＬＣフィルタ配置とは、ペイロード信号と１つ又は複数の妨害信号との混合物からの望まれていない妨害信号成分を低減、理想的には除去する回路ユニットを意味すると理解されるものとする。ペイロード信号の減衰は、その過程において、可能な限り小さくなければならない。妨害信号を低減又は減衰させる場合、誘導分及び容量分の両方の周波数依存インピーダンスが利用される。ＬＣフィルタ配置は、望ましくないレベルの妨害信号がエネルギー供給グリッドに送給されるのを防ぐために、例えば、出力部でエネルギー供給グリッドに接続された光起電力（ＰＶ）インバータの出力部で、正弦波フィルタとして知られるフィルタとして使用される。この場合の本発明によるＬＣフィルタ配置は、従来のＬＣフィルタ配置と比較して、そのフィルタ特性に関して特に高い再現性を有する。フィルタ特性はまた、ＬＣフィルタ配置の生産の比較的遅い段階においてさえも、所望のプロファイルに適合させることもでき、本発明によるＬＣフィルタ配置は生産費用が特に安価である。

電気又は電子デバイスは、一方では、アンテナとして作用するデバイスの構成部品を介して、周囲からの妨害信号を捕捉することができる。しかしながら、他方では、妨害信号はまた、例えば、高周波スイッチング動作が原因で、デバイス自体によって生成される場合もある。妨害信号は、概して望まれておらず、デバイス自体の、又はデバイスに接続しているモジュールの誤作動に結びつく場合がある。したがって、デバイスによる妨害信号の受信及び転送の両方を低減するために、適切な手段が講じられる。例として、エネルギー供給グリッドに接続された光起電力（ＰＶ）インバータからの高周波妨害信号の許容される送り込みは、適切な規準によって制限されている。

外部妨害信号の捕捉、及び／又はデバイス内に存在する妨害信号の伝播を低減するために、デバイスの入力部又は出力部でＬＣフィルタを使用することが知られている。しかしながら、特定の周波数範囲における妨害信号の所望の減衰は、多段ＬＣフィルタを使用して初めて実現できる場合が多い。これは、第１に、通常、十年間当たり４０ｄＢの単一段のフィルタのフィルタ効果では、当該周波数範囲の妨害信号レベルを所望の程度に減衰させるには十分ではない、という事実が原因である。第２に、常に存在するフィルタチョークの巻線間浮遊キャパシタンスは、限界周波数を超えた周波数以降の、フィルタチョークのフィルタ効果の停滞に結びつく。この場合、妨害信号の高周波数成分が、元々常に存在するフィルタチョークの巻線間浮遊キャパシタンスを介して短絡する。

多段ＬＣフィルタは、単一段のＬＣフィルタのカスケード型の相互接続を含む。それらは通常、構成部品の数が多くなるため、コストが高くなり、占有する設置スペースが大きくなることにより、ここでもまたデバイスのコストに影響を及ぼす。さらなるコスト要因は、複雑な、手動の場合が多い、従来のＬＣフィルタのチョークの巻回プロセスである。同時に、巻回プロセスは、単に再現性を制限するだけであり、したがって、同じ型の、異なるＬＣフィルタのフィルタパラメータの公差が大きくなる。一度ＬＣフィルタを設計してしまうと、そのフィルタ効果を後で調節することは困難である。したがって、少なくともこれらの特性に関して最適化されたＬＣフィルタが望ましい。

特許文献米国特許出願公開第２００９／０１６０５９６Ａ１号明細書は、回路基板と、磁気誘導素子と、絶縁構造と、複数の導電性ワイヤセグメントと、を含む磁気デバイスについて記載している。絶縁構造によって被覆された磁気誘導素子は、回路基板上に配置されている。回路基板は導電性層を有し、コイルループを形成するために、各導電性ワイヤセグメントの２つの端部が導電性層に電気接続されている。

特許文献独国特許出願公表第１１２０１６００２１７４Ｔ５号明細書は、配線パターンが形成されたプリント回路基板と、トロイダル形状のコアを有するチョークコイルと、を有する干渉フィルタを開示している。トロイダル形状のチョークコイルを平面視したときに、ハウジンググランド部が、チョークコイルの中空部と重なるプリント回路基板の位置に形成されている。干渉フィルタは、第１の端子が配線パターンによってハウジンググランド部に接続されているキャパシタをさらに含む。

特許文献独国特許出願公開第１０２０１６２２４４７２Ａ１号明細書は、自動車用の整流器デバイスを開示している。既定のスイッチング周波数で動作可能なスイッチング装置が、整流器デバイスの中間回路に接続されている。複数のフィルタ素子が中間回路内で接続されており、そのそれぞれが、中間回路キャパシタンスを有する。フィルタ素子は、それぞれのフィルタ素子の全周波数応答の最小値が、他のフィルタ素子の全周波数応答のそれぞれの最小値とは異なる周波数間隔内にあるように設計されている。この場合、周波数間隔はそれぞれ、中心周波数として高調波のスイッチング周波数、及びスイッチング周波数に対応する間隔長さを有する。

本発明は、独立特許請求項１の前提部に記載のＬＣフィルタ配置を開示するという目的に基づき、このＬＣフィルタ配置は、その生産に関して容易に再現可能なフィルタ特性を有する。ＬＣフィルタ配置は、この場合、その生産の比較的遅い段階においてさえも、フィルタ効果を適合させることができるように意図されている。同時に、ＬＣフィルタ配置は、占有する設置スペースが可能な限り小さくなければならず、また、生産費用が特に安価でなければならない。本発明の別の目的は、このようなＬＣフィルタ配置を有する電気又は電子デバイスを提供することである。

本発明の目的は、独立特許請求項１に記載の特徴を有するＬＣフィルタ配置により実現される。従属特許請求項２乃至１７は、ＬＣフィルタ配置の好適な実施形態を対象としている。特許請求項１８は、本発明によるＬＣフィルタ配置を有する電気又は電子デバイスを対象としている。

発明の説明
本発明によるＬＣフィルタ配置は、導体トラックを有する回路基板上に取り付けるのに適している。この場合のＬＣフィルタ配置は、
－第１の入力端子及び第２の入力端子を有する入力部と、
－第１の出力端子及び第２の出力端子を有する出力部と、
－第１の出力端子を第２の出力端子に接続するフィルタキャパシタと、
－磁芯と、
－磁芯を取り囲んでいる複数の巻線、並びに第１のチョーク端子及び第２のチョーク端子を有するチョークと、を含む。
この場合の巻線はそれぞれ、磁芯を少なくとも部分的に取り囲み、それぞれが第１の端部及び第２の端部を有する別々の導体セグメントによって形成されている。ＬＣフィルタ配置が回路基板上に取り付けられた状態にあるときに、第１の端部及び第２の端部がそれぞれ、回路基板の導体トラックに電気接続されている。導体セグメントはそれぞれ、電気的に絶縁性の材料を有するホルダであって、互いに対する既定の位置に導体セグメントを位置決めするように、且つ、磁芯からそれらを電気的に絶縁するように設計されたホルダに配置されている。さらに、導体セグメントの第２の端部は、隣接した導体セグメントの第１の端部に電気接続されている。第１のチョーク端子は、外側の導体セグメントの残りの第１の端部によって形成され、一方、第２のチョーク端子は、さらなる外側の導体セグメントの残りの第２の端部によって形成されている。この場合、第１のチョーク端子は、第１の入力端子に電気接続され、第２のチョーク端子は、ＬＣフィルタ配置の第１の出力端子に電気接続されている。ＬＣフィルタ配置は、導体セグメントの互いへの電気配線が、－少なくともＬＣフィルタ配置が回路基板に取り付けられている状態では－少なくとも１つのタップを有するとともに、追加のインピーダンスがこの少なくとも１つのタップに接続されていることを特徴とする。

この場合、一方ではフィルタキャパシタは、第１の出力端子及び第２の出力端子を互いに直接、すなわち、さらなるインピーダンスを介入させずに接続することができる。この場合、フィルタキャパシタは、その接点のうちの１つによって、チョーク出力部に直接接続され、それにより、チョークの外側の巻線に接続されていている。しかしながら、フィルタキャパシタが、第１の出力端子及び第２の出力端子を間接的にのみ、すなわち、フィルタキャパシタと直列に接続されたさらなるインピーダンス、例えば、抵抗器などを介入させて接続することもまた、本発明の範囲内である。フィルタキャパシタは、特に、その接点のうちの１つによって、チョークの内側の巻線に割り当てられたタップに接続させてもまたよい。

ホルダが導体セグメントを互いに対して既定の位置に位置決めするように設計されているので、ＬＣフィルタ配置のチョークの巻回特性に関して、したがって、フィルタパラメータに関して高い再現性が確保される。同時に、これにより、高度に再現可能であるだけでなく、単純で安価でもあるＬＣフィルタ配置の生産が可能になる。具体的には、導体セグメントは、低コストで、高度に自動化された－したがって高スループットの－ホルダに位置決めすることが可能である。導体セグメントが設けられたホルダを回路基板上に取り付けること、したがって、チョークの巻回又はチョーク巻線の完成だけでなく、ＬＣフィルタ配置全体の完成もまた、通常は高度に自動化された回路基板の生産プロセスに問題なく組み込むことができる。これは、特に、導体セグメントの端部の、回路基板の対応する導体トラックへの電気接続にもまた当てはまり、これは、例えば、回路基板の生産プロセスにはいずれにしても存在するはんだ付けプロセスを介して実行することができる。タップ、すなわち、個々の巻線又はそれらの導体セグメントとの電気接点は、導体セグメントの端部の電気接続を通して容易に生み出すことができる。例として、様々な巻線上のこのようなタップ又は複数のこのようなタップは、開始から対応する導体トラックまでの回路基板上に設けることができる。少なくとも１つのインピーダンスは、少なくとも１つのタップに電気接続することができ、このとき、このインピーダンスを介して、フィルタ効果に影響を及ぼすことができ、目的通りに適合させることができる。フィルタ効果を適合させるときには、巻線が磁芯を介して互いに誘導結合されることが非常に重要である。図２ｂに関連して示されているように、調節は、例えば、インピーダンス及び関連付けされたタップを適切に選択して、このように行うことができ、これにより、そうしないと元々常に存在するチョークの巻線間浮遊キャパシタンスを著しく低減させ、理想的には、排除するようにさえなっている。フィルタ効果は、ＬＣフィルタ配置の基本設計がすでに確立されてしまった、比較的遅い段階においてさえも、チョークの様々な巻線上に複数のタップを分布させることによって、適合させることができる。例として、タップは、これらのタップをそれぞれインピーダンスの接続に使用することを必ずしも必須とせずに、巻線のすべてに設けることができる。

ＬＣフィルタ配置の１つの有利な実施形態では、追加のインピーダンスは、以下のモジュール、すなわち、
－キャパシタ、
－キャパシタ、抵抗器、及び任意選択的に、インダクタの直列接続、並びに、
－キャパシタ及び抵抗器の並列接続、
のうちの少なくとも１つ、又はその組み合わせを有する。この場合、少なくとも１つのタップは、追加のインピーダンスを介して第２の出力端子に好都合に接続されている。

ＬＣフィルタ配置の一実施形態では、２つの外側の導体セグメントに加えて、導体セグメントの多くは、少なくとも１つの内側の導体セグメント、特に、複数の内側の導体セグメントを含む。フィルタ配置のチョークは、したがって、２つの（外側の）巻線よりも多くの巻線を有する。このような場合では、ＬＣフィルタ配置は、それぞれに追加のインピーダンスが接続された、複数のタップを有してもまたよい。チョークの２つの導体セグメント間の接続部はそれぞれ、特に、タップを有してもよい。これらのタップのうちの複数、任意に、これらのタップのそれぞれ、この場合にはそれぞれは、追加のインピーダンスを介して、第２の出力端子に接続されてもよい。この実施形態では、内側の隣接した導体セグメントのうちの一部についてだけでなく、内側の隣接した導体セグメントの１つ１つについてもまた、導体セグメントの第２の端部を隣接した導体セグメントの第１の端部に電気接続することができる。具体的には、各場合において、導体セグメントの第１の端部は、それぞれ直前にある導体セグメントの第２の端部に電気接続することができ、導体セグメントの第２の端部は、それぞれ直後にある導体セグメントの第１の端部に電気接続することができる。

ＬＣフィルタ配置の一実施形態では、導体セグメントの第２の端部及び後続の隣接した導体セグメントの第１の端部は、それぞれ、同じ導体トラックに、例えば、はんだ付けされて、電気接続されている。この場合、隣接した導体セグメントは、隣接した導体セグメントの端部もまたそこに電気接続されている、回路基板の同じ導体トラックを介して電気接続されている。導体セグメントはそれぞれ、この場合、丸形又は矩形断面を有することができる。導体セグメントはそれぞれ、Ｕ字形に対応する２つの突起部分、及びＵ字形に関連付けされた基部を有する屈曲部を有利に含むことができる。このようなＵ字形によって、導体セグメントはその周囲の３つの面で磁芯を取り囲むように設計されている。磁芯は第４の面で包囲され、対応する巻線が、回路基板の導体トラックによってこのように完成する。チョークの導体セグメントは、この場合、回路基板の導体トラックに、特に、スルーホール技術（ＴＨＴ：ｔｈｒｏｕｇｈ－ｈｏｌｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）プロセスとして知られている技術を使用して、はんだ付けして、接続することができる。ＴＨＴプロセスの一部として、Ｕ字形の突起部分に配置された導体セグメントのそれらの端部は、回路基板の対応する穴の中へとガイドされる。導体トラックは、この場合、回路基板の裏側に、チョークの反対側に面して、さもなければ、例えば、多層の回路基板の場合には、回路基板の中心層に配置することができる。

Ｕ字形の代わりとして、導体セグメントはそれぞれ、リング状の屈曲部を有し、たとえ閉磁路でなくても、その周囲の４つの面で磁芯を取り囲んでもまたよい。リング状屈曲部は、同時に螺旋状のずれを有することができ、これにより、隣接した導体セグメントの端面が互いに対面するようになっている。この場合、表面実装デバイス（ＳＭＤ：ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔ ｄｅｖｉｃｅ）プロセスとして知られている技術を使用して、チョークの導体セグメントを回路基板の導体トラックに接続すること、特に、はんだ付けすることが好都合である。ＳＭＤプロセスでは、導体トラックは通常、回路基板のチョークに面する側に、又は、多層の回路基板の場合には特に、回路基板の中心層に配置される。この代わりとして、導体セグメントの端面は、互いに直接対面していてもまたよく、隣接した導体セグメントの電気接続は、対応してずらせた導体トラックによって実現される。

ＬＣフィルタ配置の一実施形態では、磁芯は閉磁路の磁芯によって形成されている。この場合の磁芯は、ワンピースで構築すること、すなわち、ただ１つの磁心セグメントだけを含むことができる。しかしながら、この代わりとして、磁芯は、複数の磁心セグメントで構成してもまたよい。磁芯は、１つ又は複数のギャップを有することができる。しかしながら、この代わりとして、ギャップなしで構築してもまたよい。磁芯は、リング状、特に、トーラス又は矩形形状であってもよい。

ＬＣフィルタ配置のさらなる実施形態では、ホルダは、導体セグメントを互いに平行にガイドするように設計されている。この場合、導体セグメントは、一方では、それぞれ、それらの全長にわたって互いに平行にガイドされてもよい。これは、例えば、磁芯が真っすぐな、すなわち、曲げられていない磁芯であり、磁芯部及びホルダが、真っすぐな、すなわち曲げられていない磁芯部に配置されているときに当てはまる。しかしながら、この代わりとして、導体セグメントをそれらの長さのごく一部分のみにわたって互いに平行にガイドするように、ホルダを設計することもまた可能である。これは、ｕ字形又はリング状に曲げられた導体セグメントに関連して曲げられた、例えば、リング状の磁芯を有する場合に当てはまる。このような配置では、導体セグメントの（磁芯の内側の周囲及び外側の周囲に位置する）２つの区域だけを、互いに平行にガイドし、その一方で、残りの区域、例えば、Ｕ字形に曲げられた区域の基部を、互いに平行に位置合わせ、又はガイドしないことが可能である。

一実施形態では、フィルタキャパシタは、ただ１つのフィルタキャパシタだけを有することができる。しかしながら、この代わりとして、フィルタキャパシタが、複数の、特に、２つのフィルタキャパシタの直列接続を含むことが可能である。２つのキャパシタの直列接続を含む場合では、タップのうちの少なくとも１つは、さらなるインダクタを介して、又は、さらなるインダクタ及びさらなるキャパシタの並列接続を介して、フィルタキャパシタの直列接続のセンタータップに接続することができる。これにより、結果として、図３ａ及び図３ｂにもまた関連して示されているように、ＬＣフィルタ配置を微調整するためのさらなる選択肢が得られる。

一実施形態では、ＬＣフィルタ配置はさらなるチョークを有し、さらなるチョークは、特に、チョークと構造的に同一であるとともに、磁芯を取り囲んでいる。この場合のさらなるチョークは、その第１のチョーク端子によって第２の入力端子に接続され、また、第２のチョーク端子によって第２の出力端子に接続されている。この場合、フィルタキャパシタの接点が、チョークの内側、特に、中央タップに接続され、フィルタキャパシタの別の接点が、さらなるチョークの内側、特に、中央タップに接続されている。チョークのタップは、追加のインピーダンスを介して、さらなるチョークの対応するタップにさらに接続されている。任意に、チョークの複数のタップがそれぞれ、追加のインピーダンスを介してさらなるチョークの、一致する該当タップに接続されている。ＬＣフィルタ配置の第１の変形形態では、チョーク及びさらなるチョークの巻回方向は、ＬＣフィルタ配置がそのフィルタ機能に関してコモンモードのチョークとして設計されるように、互いに対して方向付けされている。この変形形態では、第１の入力端子から第１の出力端子に流れる第１の電流が、第１の電流と同期して流れる第２の入力端子から第２の出力端子に流れる第２の電流と協働して、電流によって生成された磁束の建設的な重畳をもたらす。それに応じて、この変形形態により、コモンモード信号の減衰が生じるとともに、ＬＣフィルタ配置はコモンモードのチョークに類似したフィルタ効果を有する。対照的に、第１の入力端子から第１の出力端子に流れる第１の電流が、第１の電流に差動モードで流れる第２の入力端子から第２の出力端子に流れる第２の電流と協働して、電流によって生成された磁束の破壊的な重畳をもたらす。したがって、この配置では、差動モード信号は、減衰の程度が小さくなるか、又は、ほとんど減衰しない。第１の変形形態の代わりとして、実施形態の第２の変形形態では、チョーク及びさらなるチョークの巻回方向は、そのフィルタ機能に関してＬＣフィルタ配置が差動モードのチョークとして設計されるように、互いに対して方向付けされている。第２の変形形態では、第１の入力端子から第１の出力端子に流れる第１の電流が、第１の電流に差動モードで流れる第２の入力端子から第２の出力端子に流れる第２の電流と協働して、電流によって生成された磁束の建設的な重畳をもたらす。これにより、差動モード信号の減衰が生じる一方で、コモンモード信号は、減衰の程度が小さくなるか、又は、ほとんど減衰しない。

本発明による電気又は電子デバイスは、本発明によるＬＣフィルタ配置を含む。デバイスは、ＤＣ電流をグリッドに準拠したＡＣ電流に変換するための、エネルギー供給グリッドに接続することが可能なインバータ、特に、光起電力（ＰＶ）インバータとすることができる。本発明によるＬＣフィルタ配置は、この場合、インバータのグリッド側出力フィルタの少なくとも一部を形成することができる。しかしながら、この代わりとして、又はこれに加えて、インバータのＤＣ側入力フィルタは、本発明によるＬＣフィルタ配置を有してもまたよい。これにより、ＬＣフィルタ配置に関連してすでに列挙した利点が得られる。

以下の本文は、図面に図示されている好適な例示的な実施形態を参照しながら本発明をさらに説明及び記載する。

図１ａは、本発明によるＬＣフィルタ配置を分解した図、及びＴＨＴプロセス用に設計された第１の実施形態における導体トラックを有する、回路基板上のその配置を示す。 図１ｂは、第２の実施形態における本発明によるＬＣフィルタ配置の、ＳＭＤプロセス用に設計されたチョークを示す。 図２ａは、第３の実施形態における本発明によるＬＣフィルタ配置のトポロジの概略的な描写を示す。 図２ｂは、図２ａによるＬＣフィルタ配置の周波数応答のシミュレーション結果を示す。 図３ａは、第４の実施形態における本発明によるＬＣフィルタ配置のトポロジの概略的な描写を示す。 図３ｂは、図３ａによるＬＣフィルタ配置の周波数応答のシミュレーションを示す。

図１ａは、本発明によるＬＣフィルタ配置１、及び回路基板１６上のその配置の第１の実施形態を分解図において概略的に図示する。ＬＣフィルタ配置１は、チョーク４を含み、チョーク４は回路基板１６上に取り付けられた状態で複数の（ここでは例として９個の）巻線を有する。巻線はそれぞれ、Ｕ字形に曲げられた導体セグメント７．１～７．９を含む。導体セグメント７．１～７．９は、電気的に絶縁性の材料で作られたホルダ２０に配置されている。ホルダ２０は、この場合、導体セグメント７．１～７．９を互いに平行にガイドし、且つ、それらを固定するように設計されている。ホルダ２０は、そこに固定された導体セグメント７．１～７．９とともに、磁芯５に配置されるように設計されている。この目的のために、磁芯５は、例として、曲げられた磁芯部５．１及び曲げられていない磁芯部５．２を有する矩形形状を有する。ＬＣフィルタ配置１を取り付けると、導体セグメント７．１～７．９の第１の端部７．１．ａ～７．９．ａ及び第２の端部７．１．ｂ～７．９．ｂが、回路基板１６の対応する穴の中に挿入される。穴はこの場合、回路基板１６の裏側に配置された導体トラック１５を介して、それぞれペアで互いに接続され、このため、破線形式で示されている。導体セグメント７．１～７．９の端部７．１．ａ、ｂ～７．９．ａ、ｂが、対応する導体トラック１５に電気接続（例えば、はんだ付け）されることにより、磁芯５の周りにチョーク４の閉磁路の巻線が得られる。チョーク４の外側の第１の端部７．１．ａは、導体トラック１５を介してＬＣフィルタ配置１の第１の入力端子２ａに電気接続されている。チョーク４の残りの外側の第２の端部７．９．ｂは、ＬＣフィルタ配置１の第１の出力端子３ａに電気接続されている。第２の入力端子２ｂは、導体トラック１５を介して第２の出力端子３ｂに接続されている。フィルタキャパシタ８が、回路基板１６上に配置され、第１の出力端子３ａを（ここでは直接）第２の出力端子３ｂに接続している。

ＬＣフィルタ配置１は、複数のタップ９．２、９．４、９．６を有し、そのそれぞれが、導体トラック１５を介して生み出された、２つの対応する導体セグメント７．２と７．３との間、７．４と７．５との間、及び７．６と７．７との間の電気接続部に接続されている。タップ９．４を第２の出力端子３ｂに接続する、追加のインピーダンス１０．４が、タップ９．２、９．４、９．６のうちの１つ（ここでは９．４）に接続されている。追加のインピーダンス１０．４は、この場合キャパシタを有し、そのキャパシタンスは、巻線によってＬＣ配置１のフィルタ効果に生じた浮遊キャパシタンスの負の効果を、少なくとも低減するように選択されている。これにより、特に高周波数では、ＬＣフィルタ配置１からの望ましくない妨害信号の減衰が大きくなる。

図示されている実施形態のフィルタキャパシタ８は、出力端子３ａ、３ｂを直接、さらなるインピーダンスを介入させずに接続しているが、フィルタキャパシタ８を介して出力端子３ａ、３ｂを間接的に電気接続させることもまた、本発明の範囲内で可能である。例として、さらなるインピーダンスは、フィルタキャパシタ８と直列に接続することができる。具体的には、フィルタキャパシタ８は、接点のうちの１つによって、チョーク４の内側のタップ９．２～９．８に接続してもまたよい。ただし、この内側のタップ９．２～９．８は、さらなるインピーダンス１０．４がそこに接続されているタップ９．４とは異なっていることが条件である。

図２は、チョーク４及びさらなるチョーク２１の詳細図を示し、それぞれが、ＬＣフィルタ配置１の第２の実施形態の磁芯５に前もって取り付けられている。回路基板１６は、わかり易くするためにここには示されていない。チョーク４及びさらなるチョーク２１を有するＬＣフィルタ配置１の第２の実施形態は、ＬＣフィルタ配置１が完全に取り付けられた状態で、チョーク４及びさらなるチョーク２１の巻回方向の方向付けに応じて、そのフィルタ効果に関してコモンモードのチョークとして、又は差動モードのチョークとして動作するように、構成されている。図１ａによる実施形態の導体セグメント７．１～７．９は、Ｕ字形に曲げられており、したがって、ＴＨＴプロセスによって回路基板１６上に取り付けるのに適しており、その一方で、図１ｂによる実施形態の導体セグメント７．１～７．９は、リング状の屈曲部を有する。この場合、導体セグメント７．１～７．９はそれぞれ、完全にではないが、その周囲の４つの面で磁芯５を包囲している。加えて導体セグメント７．１～７．９は、軸方向に螺旋状にずらした屈曲部を有し、それは、端面でそれぞれが互いに対面する、隣接した導体セグメント７．１～７．９の端部をもたらしている。

導体セグメント７．１～７．９のこのような配置は、ＳＭＤプロセスによって回路基板１６上に取り付けるのに適している。ＳＭＤプロセスでは、チョーク４、さらなるチョーク２１、及び、導体セグメント７．１～７．９の対向する端部７．１．ａ、ｂ～７．９．ａ、ｂを有する磁芯５からなる事前に組み立てられた配置は、回路基板１６の対応する導体トラック１５に位置決めされる。導体トラック１５は、この場合、回路基板１６のチョーク４又はさらなるチョーク２１に面した表側に配置され、はんだを用いて設けられる。ＳＭＤプロセスの間に、はんだが液化して、チョーク４及びさらなるチョーク２１の巻線６．１～６．９であって、磁芯５を完全に取り囲む巻線が形成される。隣接した導体セグメント７．１～７．９の相互の電気接続は、ここでは、図１ｂによる実施形態におけるように、はんだ及び／又はそれぞれの導体トラック１５を介して生み出される。

図２ａは、本発明によるＬＣフィルタ配置１の第３の実施形態のトポロジを図示するが、それは、ＬＣフィルタ配置１の電気的特性、特にその周波数応答のシミュレーションの根拠としての役割を果たす。ＬＣフィルタ配置１の第１の入力端子２ａは、第１のチョーク端子及び第２のチョーク端子４ｂを有するチョーク４を介して第１の出力端子３ａに接続されている。第１の出力端子３ａは、フィルタキャパシタ８を介して第２の出力端子３ｂに接続されている。第２の入力端子２ｂは、第２の出力端子３ｂにさらに電気接続されている。

例として示されている例示的な実施形態では、チョーク４は、４つの巻線６．１～６．４を有する。巻線６．１～６．４は、チョーク４が配置されている磁芯５を介して互いに誘導結合されている。巻線６．１～６．４と並列に描写されているのは、それぞれに対応する、元々常に存在するチョーク４の浮遊キャパシタンスＣ_ｐａｒである。従来のＬＣフィルタでは、浮遊キャパシタンスＣ_ｐａｒは、入力端子２ａ、２ｂ間の高周波信号を不十分な程度にしか減衰する効果がなく、したがって、出力端子３ａ、３ｂでは、依然として望ましくないレベルで存在する。

例えば、浮遊キャパシタンスＣ_Ｐａｒ及び関連する効果を抑える目的でＬＣフィルタ配置を微調整するために、ＬＣフィルタ配置１は、連続した巻線６．１～６．４のそれぞれの電気接続用のタップ９．１～９．３を有する。タップ９．１～９．３に接続されているのは、例として、ここではそれぞれがキャパシタの形態での、インピーダンス１０．１～１０．３であり、それらは、タップ９．１～９．３をそれぞれ第２の出力端子３ｂに接続している。インピーダンス１０．１～１０．３を適切に選択することによってＬＣフィルタ配置１を最適化、及び／又は微調整することが可能である。

図２ｂは、インピーダンス１０．１～１０．３としての異なるキャパシタンス値についての図２ａのＬＣフィルタ配置の周波数応答のシミュレーション結果を示す。シミュレーションでは、第１のインピーダンス１０．１及び第３のインピーダンス１０．３に割り当てられたキャパシタのキャパシタンスは、無視できるほどに小さくなるように選択された。第２のインピーダンス１０．２に割り当てられたキャパシタのキャパシタンスだけを、複数の個別のステップにおいて最小値と最大値との間で変動させた。

第２のタップ９．２に接続されたキャパシタのキャパシタンス値が小さい場合には、周波数応答は、実際のＬＣ低域通過要素の典型的な周波数応答に依然として対応し、それは、図２ｂでは太線で表示された曲線３０ａによって図示されている。この場合の低周波数での共振の増加は、ＬＣフィルタ配置の事前設定された共振周波数を特徴付けするが、これは、チョーク４のインダクタンス及びフィルタキャパシタ８のキャパシタンスから生じる。周波数が高くなると、チョーク４のインダクタンス及びその浮遊キャパシタンスＣ_Ｐａｒに関する第２の共振条件がそこでは満たされているので、共振が減少する。これ以降、入力信号のそれ以上の減衰は存在しない。その代りに、周波数応答は横座標に平行に延びている。

第２のタップ９．２に接続されたキャパシタのキャパシタンスが増加するにつれて、最初は共振の減少が、より高い周波数にシフトする。これは、図２ｂでは曲線３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄによって図示されている。第２のインピーダンス１０．２に割り当てられたキャパシタの特定のキャパシタンス値において、チョーク４の浮遊キャパシタンスＣ_Ｐａｒは、ほぼ完全に補償されている。この場合、ＬＣフィルタ配置１はまた、周波数が高いほど減衰も増加しており、それは、図２ｂでは曲線３０ｅによって図示されている。第２のタップ９．２に接続されたキャパシタのキャパシタンス値がさらに増加するにつれて、減衰は、高周波数で再び減少し、そこで最初に論じた曲線３０ａに近づくが、ここでは共振の減少はない。これは、図２ｂでは曲線３０ｆ、３０ｇ、３０ｈ及び３０ｉによって示されている。

選択されたＬＣフィルタ配置１の設計、例えば、キャパシタとしてのインピーダンス１０．１～１０．３の選択は、チョーク４の巻線６．１～６．３の数と同様に、このシミュレーションでは、純粋に例示的なものである。さらなるシミュレーションは、曲線３０ｅによって図示されている周波数応答は、異なるインピーダンス１０．１～１０．３を選択することによってもまた、少なくともほぼ、実現し得ることを示している。

ＬＣフィルタ配置１の重要な利点の１つは、ホルダ２０が導体セグメント７．１～７．９を互いに上手くガイドし合い、その結果、チョーク４の特定のジオメトリがかなりの程度まで再現可能である、ということである。特定の型のチョーク４、したがって、ＬＣフィルタ配置１の特定の既定のフィルタ特性も同様に、非常に良好に再現することができ、最小限のばらつきしかない。本発明によるＬＣフィルタ配置１のフィルタ特性の再現性は、手動で巻回される場合が多いチョーク４を有する従来のＬＣフィルタ配置を用いる場合よりも著しく良くなる。タップ９．１～９．３があること、及びタップに接続されるインピーダンス１０．１～１０．３を適切に選択することにより、生産の遅い段階においてさえも、ＬＣフィルタ配置１の周波数応答の望ましくない効果を大部分低減させることが可能である。同じ型の、異なるＬＣフィルタ配置１の間で小さなずれが残っていても、対応するタップ９．１～９．３でインピーダンス１０．１～１０．３を目的通りに追加及び／又は変更することによって、容易に調節することができる。この場合、フィルタ特性の高い再現性は、ＬＣフィルタ配置１の比較的単純な生産と特に有利に関連している。これは、図３ａに示されているＬＣフィルタ配置１の配置にもまた同様に当てはまる。

図３ａは、第４の実施形態における本発明によるＬＣフィルタ配置１のトポロジを示す。トポロジは、大部分は、図２ａにすでに示されているＬＣフィルタ配置１の実施形態に類似しており、この理由により、一致する態様に関しては図２ａの説明を参照する。しかしながら、図２ａに示されている変形形態とは対照的に、図３ａによるＬＣフィルタ配置１のフィルタキャパシタ８は、ここでは２つのフィルタキャパシタ８．１、８．２の直列接続を有する。２つのフィルタキャパシタ８．１、８．２の直列接続のセンタータップ１９は、さらなるインダクタ１７及びさらなるキャパシタ１８の並列接続を介して、ＬＣフィルタ配置１の第３のタップ９．３に接続されている。

図３ｂは、図３ａに示されているトポロジに従うＬＣフィルタ配置１のシミュレーション結果を、異なる曲線３０ａ～３０ｇの形で図示する。この場合の曲線はそれぞれ、周波数の関数としてのシミュレーションの周波数応答を再現している。シミュレーションでは、図２ａで論じた配置に従って第１のインピーダンス１０．１、及び第３のインピーダンス１０．３が選択された。第２のインピーダンス１０．２については、図２ｂの曲線３０ｅのキャパシタンス値に相当するキャパシタンス値を有するキャパシタが選択された。シミュレーションの間、第１のインピーダンス１０．１、第２のインピーダンス１０．２、第３のインピーダンス１０．３、及びさらなるインダクタ１８の値が、一定に保たれた。対照的に、さらなるキャパシタ１８のキャパシタンスは、６つの個別のステップにおいて最小値と最大値との間で変動させた。さらなるキャパシタ１８のキャパシタンスが増加するにつれて、図示されている曲線４０ｂ～４０ｇによる周波数応答がこのように生じる。比較のために、曲線４０ａは、ここでもまた、タップ９．１～９．３に接続されたインピーダンス１０．１～１０．３がなく、さらなるインダクタ１７がなく、さらなるキャパシタ１８がないＬＣフィルタ配置１の周波数応答を表している。

このシミュレーションの意図は、１００ｋＨｚ～１５００ｋＨｚまでの周波数範囲における減衰が可能な限り大きいＬＣフィルタ配置１を設計することである。所望の減衰を実現するために、準拠する限界値プロファイルの特徴に応じて、ここでは曲線４０ｂ～４０ｇのうちの１つ、又はこの曲線４０ｂ～４０ｇに関連付けされた、さらなるキャパシタ１８のキャパシタンス値を選択することができる。この場合もまた、特定の型のチョークを有するＬＣフィルタ配置１のフィルタ特性のばらつきを最小限にするためには、ＬＣフィルタ配置１の生産に関して非常に良好な再現性があるので、有利である。

１ ＬＣフィルタ配置
２ａ、２ｂ 入力端子
３ａ、３ｂ 出力端子
４ チョーク
４ａ、４ｂ チョーク端子
５ 磁芯
５．１ 磁芯部
５．２ 磁芯部
６．１～６．ｎ 巻線
７．１～７．ｎ 導体セグメント
７．１．ａ～７．ｎ．ａ 端部
７．１．ｂ～７．ｎ．ｂ 端部
８、８．１、８．２ フィルタキャパシタ
９．１～９．ｎ－１ タップ
１０．１～１０．ｎ－１ インピーダンス
１１．１～１１．ｎ－１ キャパシタ
１２．１～１２．ｎ－１ 抵抗器
１３．１～１３．ｎ－１ インダクタ
１４ 区域
１５ 導体トラック
１６ 回路基板
１７ インダクタ
１８ キャパシタ
１９ センタータップ
２０ ホルダ
２１ チョーク
３０ａ～３０ｉ 曲線
４０ａ～４０ｆ 曲線

Claims (21)

1. 導体トラック（１５）を有する回路基板（１６）上に取り付けるためのＬＣフィルタ配置（１）であって、
   －第１の入力端子（２ａ）及び第２の入力端子（２ｂ）を有する入力部と、
   －第１の出力端子（３ａ）及び第２の出力端子（３ｂ）を有する出力部と、
   －前記第１の出力端子（３ａ）を前記第２の出力端子（３ｂ）に接続するフィルタキャパシタ（８）と、
   －磁芯（５）と、
   －前記磁芯（５）を取り囲んでいる複数の巻線（６．１～６．ｎ）、並びに、第１のチョーク端子（４ａ）及び第２のチョーク端子（４ｂ）を有するチョーク（４）と、を含むとともに、
   〇前記磁芯（５）を少なくとも部分的に取り囲み、それぞれが第１の端部（７．１．ａ～７．ｎ．ａ）及び第２の端部（７．１．ｂ～７．ｎ．ｂ）を有する別々の導体セグメント（７．１～７．ｎ）によって、前記巻線（６．１～６．ｎ）がそれぞれ形成され、
   〇前記ＬＣフィルタ配置（１）が前記回路基板（１６）上に取り付けられた状態にあるときに、前記第１の端部（７．１．ａ～７．ｎ．ａ）及び前記第２の端部（７．１．ｂ～７．ｎ．ｂ）がそれぞれ、前記回路基板（１６）の導体トラック（１５）に電気接続され、
   〇互いに対する既定の位置に前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）を位置決めするように、且つ、前記磁芯（５）からそれらを電気的に絶縁するように設計されたホルダ（２０）に、前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）がそれぞれ配置され、
   〇導体セグメント（７．１～７．ｎ－１）の前記第２の端部（７．１．ｂ～７．ｎ－１．ｂ）が、隣接した導体セグメント（７．２～７．ｎ）の前記第１の端部（７．２．ａ～７．ｎ．ａ）に電気接続され、
   〇前記第１のチョーク端子（４ａ）が、外側の導体セグメント（７．１）の残りの第１の端部（７．１．ａ）によって形成され、前記第２のチョーク端子（４ｂ）が、さらなる外側の導体セグメント（７．ｎ）の残りの第２の端部（７．ｎ．ｂ）によって形成され、
   －前記第１のチョーク端子（４ａ）が前記第１の入力端子（２ａ）に電気接続され、前記第２のチョーク端子（４ｂ）が前記第１の出力端子（３ａ）に電気接続されているＬＣフィルタ配置（１）において、
   前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）の互いに対する前記電気接続が、少なくとも１つのタップ（９．１～９．ｎ－１）であって、追加のインピーダンス（１０．１～１０．ｎ－１）が接続されている前記少なくとも１つのタップ（９．１～９．ｎ－１）を有しており、
   前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）がそれぞれ、Ｕ字形に対応する屈曲部（１４）を含んでおり、
   前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）がそれぞれ、リング状に曲げられていることで、隣接した導体セグメント（７．１～７．ｎ）の端面が互いに対面するようになっていることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
2. 請求項１に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記追加のインピーダンス（１０．１～１０．ｎ－１）が、以下のモジュール、すなわち、
   －キャパシタ（１１．１～１１．ｎ）、
   －キャパシタ（１１．１～１１．ｎ－１）及び抵抗器（１２．１～１２．ｎ－１）のうちの少なくとも１つ、又はその組み合わせを含むことを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
3. 請求項１に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記追加のインピーダンス（１０．１～１０．ｎ－１）が、以下のモジュール、すなわち、
   －キャパシタ（１１．１～１１．ｎ）、
   －キャパシタ（１１．１～１１．ｎ－１）、抵抗器（１２．１～１２．ｎ－１）、及びインダクタ（１３．１～１３．ｎ－１）、並びに、
   －キャパシタ（１１．１～１１．ｎ－１）及び抵抗器（１２．１～１２．ｎ－１）、
   のうちの少なくとも１つ、又はその組み合わせを含むことを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、２つの外側の導体セグメント（７．１、７．ｎ）に加えて、前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）の多くが、内側の導体セグメント（７．２）を含むことを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
5. 請求項４に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）の多くが、複数の内側の導体セグメント（７．２～７．ｎ－１）を含むことを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
6. 請求項４又は５に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記ＬＣフィルタ配置（１）が、それぞれに追加のインピーダンス（１０．１～１０．ｎ－１）が接続されている複数のタップ（９．１～９．ｎ－１）を有することを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記少なくとも１つのタップ（９．１～９．ｎ－１）が、前記追加のインピーダンス（１０．１～１０．ｎ－１）を介して前記第２の出力端子（３ｂ）に接続されていることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記ホルダ（２０）が、前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）を互いに平行にガイドするように設計されていることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）がそれぞれ、丸形又は矩形断面を有することを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、導体セグメント（７．１～７．ｎ－１）の前記第２の端部（７．１．ｂ～７．ｎ－１．ｂ）、及び隣接した導体セグメント（７．２～７．ｎ）の前記第１の端部（７．２．ａ～７．ｎ．ａ）が、同じ前記導体トラック（１５）に電気接続されていることで、隣接した導体セグメント（７．１～７．ｎ）の電気接続が、前記回路基板（１６）の前記導体トラック（１５）を介して引き起こされるようになっていることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
11. 請求項１０に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記チョーク（４）の前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）が、ＴＨＴ（スルーホール技術）プロセスを使用するか、又は、ＳＭＤ（表面実装デバイス）プロセスを使用して、前記回路基板に接続されていることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記磁芯（５）が閉磁路の磁芯（５）によって形成されることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
13. 請求項１２に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記磁芯（５）がトーラス又は矩形形状であることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
14. 請求項１乃至１３の何れか１項に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記フィルタキャパシタ（８）が、２つのフィルタキャパシタ（８．１、８．２）の直列接続によって形成されていることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
15. 請求項１４に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記タップ（９．１～９．２）のうちの少なくとも１つが、さらなるインダクタ（１７）を介して、又は、さらなるインダクタ（１７）及びさらなるキャパシタ（１８）の並列接続を介して、前記フィルタキャパシタ（８．１、８．２）の前記直列接続のセンタータップ（１９）に接続されていることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
16. 導体トラック（１５）を有する回路基板（１６）上に取り付けるためのＬＣフィルタ配置（１）であって、
    －第１の入力端子（２ａ）及び第２の入力端子（２ｂ）を有する入力部と、
    －第１の出力端子（３ａ）及び第２の出力端子（３ｂ）を有する出力部と、
    －前記第１の出力端子（３ａ）を前記第２の出力端子（３ｂ）に接続するフィルタキャパシタ（８）と、
    －磁芯（５）と、
    －前記磁芯（５）を取り囲んでいる複数の巻線（６．１～６．ｎ）、並びに、第１のチョーク端子（４ａ）及び第２のチョーク端子（４ｂ）を有するチョーク（４）と、を含むとともに、
    〇前記磁芯（５）を少なくとも部分的に取り囲み、それぞれが第１の端部（７．１．ａ～７．ｎ．ａ）及び第２の端部（７．１．ｂ～７．ｎ．ｂ）を有する別々の導体セグメント（７．１～７．ｎ）によって、前記巻線（６．１～６．ｎ）がそれぞれ形成され、
    〇前記ＬＣフィルタ配置（１）が前記回路基板（１６）上に取り付けられた状態にあるときに、前記第１の端部（７．１．ａ～７．ｎ．ａ）及び前記第２の端部（７．１．ｂ～７．ｎ．ｂ）がそれぞれ、前記回路基板（１６）の導体トラック（１５）に電気接続され、
    〇互いに対する既定の位置に前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）を位置決めするように、且つ、前記磁芯（５）からそれらを電気的に絶縁するように設計されたホルダ（２０）に、前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）がそれぞれ配置され、
    〇導体セグメント（７．１～７．ｎ－１）の前記第２の端部（７．１．ｂ～７．ｎ－１．ｂ）が、隣接した導体セグメント（７．２～７．ｎ）の前記第１の端部（７．２．ａ～７．ｎ．ａ）に電気接続され、
    〇前記第１のチョーク端子（４ａ）が、外側の導体セグメント（７．１）の残りの第１の端部（７．１．ａ）によって形成され、前記第２のチョーク端子（４ｂ）が、さらなる外側の導体セグメント（７．ｎ）の残りの第２の端部（７．ｎ．ｂ）によって形成され、
    －前記第１のチョーク端子（４ａ）が前記第１の入力端子（２ａ）に電気接続され、前記第２のチョーク端子（４ｂ）が前記第１の出力端子（３ａ）に電気接続されているＬＣフィルタ配置（１）において、
    前記導体セグメント（７．１～７．ｎ）の互いに対する前記電気接続が、少なくとも１つのタップ（９．１～９．ｎ－１）であって、追加のインピーダンス（１０．１～１０．ｎ－１）が接続されている前記少なくとも１つのタップ（９．１～９．ｎ－１）を有しており、
    －前記ＬＣフィルタ配置（１）が、前記チョーク（４）と構造的に同一の、前記磁芯（５）を取り囲むさらなるチョーク（２１）であって、その第１のチョーク端子（２１ａ）によって前記第２の入力端子（２ｂ）に、及びその第２のチョーク端子（２１ｂ）によって前記第２の出力端子（３ｂ）に接続された、さらなるチョーク（２１）を有するとともに、
    －前記フィルタキャパシタ（８）の接点が、前記チョーク（４）の内側のタップに接続され、前記フィルタキャパシタ（８）の別の接点が、前記さらなるチョーク（２１）の内側のタップに接続され、且つ、
    －前記チョーク（４）のタップ（９．１～９．ｎ－１）が、前記追加のインピーダンス（１０．１～１０．ｎ－１）を介して、前記さらなるチョーク（２１）の対応するタップ（９．１～９．ｎ－１）に接続されていることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
17. 請求項１６に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、
    前記チョーク（４）の内側のタップは前記チョーク（４）の中央のタップ（９．ｎ／２）であり、前記さらなるチョーク（２１）の内側のタップは前記さらなるチョーク（２１）の中央のタップ（９．ｎ／２）であることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
18. 請求項１６又は１７に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記チョーク（４）及び前記さらなるチョーク（２１）の巻回方向が、前記ＬＣフィルタ配置（１）がそのフィルタ機能に関してコモンモードのチョークとして設計されるように、互いに対して方向付けされていることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
19. 請求項１６又は１７に記載のＬＣフィルタ配置（１）において、前記チョーク（４）及び前記さらなるチョーク（２１）の巻回方向が、前記ＬＣフィルタ配置（１）がそのフィルタ機能に関して差動モードのチョークとして設計されるように、互いに対して方向付けされていることを特徴とするＬＣフィルタ配置（１）。
20. 電気又は電子デバイスにおいて、請求項１乃至１９の何れか１項に記載のＬＣフィルタ配置（１）を有することを特徴とする電気又は電子デバイス。
21. 請求項２０に記載の電気又は電子デバイスにおいて、前記電気又は電子デバイスはインバータであることを特徴とする電気又は電子デバイス。

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