JPH04213209A - ノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電源から発生してＡＣ
電源のラインに伝導するノイズ（伝導ノイズ）を抑制す
るノイズフィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、本明細書で論じるノイズフィル
タ１０と、これに接続される交流電源２及び負荷４との
関係を示す図である。同図において、ノイズフィルタ１
０の端子Ｐ１，Ｐ２間には、例えば交流電源２が接続さ
れ、Ｇ端子はアースされる。このノイズフィルタ１０の
出力端子Ｐ３，Ｐ４間には、負荷４として例えば整流器
Ｄ１と、平滑用コンデンサＣ１と、ＤＣ／ＤＣ　コンバ
ータ１からなるスイッチング電源４が接続される。スイ
ッチング電源４は、コンデンサＣ１の平滑電圧をＤＣ／
ＤＣ　コンバータ１内にあるトランスの１次巻線に加え
、このトランスの２次巻線の電圧を整流する。そしてこ
の整流電圧と設定電圧Ｖｒ（図示せず）を比較し、整流
電圧が設定電圧Ｖｒと等しくなるように、トランスの１
次巻線に流れる電流をオン・オフ制御するものである。 以上の動作を経てＤＣ／ＤＣ　コンバータ１の出力端子
から設定電圧Ｖｒと等しい直流電圧が、例えば電子回路
３へ供給される。

【０００３】スイッチング電源４はその動作原理上、ノ
イズを発生しやすい問題がある。即ち、トランスの１次
巻線に流す電流を高い周波数（例えば、８０ＫＨｚ）で
スイッチングする際、高周波のノイズが発生し、これが
交流電源２側へ流出し、この交流電源２へ接続される他
の電子機器へ悪影響を与える。このため、スイッチング
電源４に限らず、このようにノイズを発生する電子装置
に対しては、ドイツのＶＤＥ　のように、ノイズの発生
量を法律的に規制している。ノイズフィルタ１０は、交
流電源２側に伝導・流出していくノイズを押さえるため
に設けられるものである。

【０００４】図８は、図６の装置において従来のノイズ
フィルタ１０を接続した際、交流電源２側に伝導・流出
するノイズレベル（ｄＢ）の実測データ（スペクトラム
特性）と、ＶＤＥ　の規格値を示した図である。この図
８から分かるように従来のノイズフィルタを用いたので
は、周波数２０〜３０ＫＨｚ　付近でピークがあり、Ｖ
ＤＥ　のＣＬＡＳＳ　Ｂ　に対し余裕度が少ない。

【０００５】図７は、従来のノイズフィルタの具体的構
成例を示した図である。図７において、ＣＸ１　とＣＸ
２　はアクロスザラインコンデンサ、Ｌ１はコモンモー
ドチョークコイル、ＣＹ１　とＣＹ２　はコモンモード
ノイズを低減するコンデンサ、Ｒ１はアクロスザライン
コンデンサＣＸ１　へ並列に接続された放電用の抵抗で
ある。スイッチング電源４をノイズ源と見た場合、図７
のようにインピーダンスＺ１とグランドを通して、コモ
ンモードノイズ電流ｉ１が流れる。Ｚ１は、例えばスイ
ッチング電源４が内蔵するスイッチング素子（トランジ
スタ）のカンケースとヒートシンク間のキャパシタなど
が考えられる。このコモンモードノイズ電流ｉ１は、図
７に示すような幾つかの経路に分かれてスイッチング電
源４へ戻るが、コモンモードチョークコイルＬ１と、コ
ンデンサＣＹ１，ＣＹ２　の作用により低減される。

【０００６】低減される動作を説明する。コモンモード
チョークコイルＬ１は、図９の如く共通のコアに巻かれ
た２つのコイルである。そして、交流電源２と負荷（ス
イッチング電源４）を往復する電流をこの２つのコイル
に流した場合、これにより発生する磁束が互いにコア内
で打ち消し合う極性に巻かれている。従って、交流電源
２から負荷４へ供給する電流については、インダクタン
スとして動作しない。一方、図７に示すコモンモードノ
イズ電流ｉ１については、発生した磁束は打ち消し合わ
ず、独立したインダクタンスとして作用するので、コモ
ンモードノイズ電流ｉ１を低減させる効果がある。また
、コンデンサＣＹ１　，ＣＹ２　は、その接続点がアー
スに接地されているので、図７に示すようにコモンモー
ドノイズ電流ｉ１をスイッチング電源側に環流させ、交
流電源２側に流れないようにしている。この様な結果、
ノイズフィルタ１０によれば、スイッチング電源４から
発生したコモンモードノイズを低減できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８で説明し
たように従来のノイズフィルタでは、２０〜３０　ＫＨ
ｚ付近でノイズのピークがあり、ＶＤＥ　のＣＬＡＳＳ
　Ｂ　を満たす余裕度が少ない。これを解決するため、
従来、アクロスザラインコンデンサＣＸ１　，ＣＸ２　
の値を大きくしたり、コモンモードチョークコイルＬ１
のインダクタンスを大きくする等の対策をとってきた。 この対策をとると、前記２０〜３０　ＫＨｚのノイズの
ピークが低周波領域に移動するので、図８のＶＤＥ　の
特性から分かるように若干、余裕が広がる。しかし、こ
の対策は、コモンモードチョークコイルとコンデンサが
大きくなる結果、ノイズフィルタ１０の形状が大きくな
ること、及びコストも高くなる問題がある。また、本質
的に、図８に示す２０〜３０　ＫＨｚのノイズピークを
低減できない問題もある。

【０００８】本発明の目的は、コモンモードチョークコ
イルとアクロクザラインコンデンサの大きさを増大させ
ることなく、２０〜３０　ＫＨｚのノイズピークを低減
できる小型形状のノイズフィルタを提供することである
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するため交流電源と負荷を接続するラインに挿入さ
れるノイズフィルタにおいて、交流電源と負荷を往復す
る電流を共通のコアに巻かれた２つのコイルに流し、こ
れにより発生する磁束が互いに打ち消し合う極性に巻か
れたコモンモードチョークコイル（Ｌ）と、ライン間に
接続されたアクロスザラインコンデンサと抵抗の直列回
路と、を備えるようにしたものである。

【００１０】

【作用】アクロスザラインコンデンサとコモンモードチ
ョークコイルの洩れ磁束から生じるノーマルモードのイ
ンダクタンスとでＬＣの直列共振が生じるが、この直列
回路に抵抗を挿入させることで、共振を抑え、上記問題
とするノイズを低減できる。

【００１１】

【実施例】以下、図面により本発明を説明する。図１〜
図３は本発明に係るノイズフィルタの構成例を示す図、
図４と図５は本発明により得られる効果を説明する実測
データを示す図である。

【００１２】本発明に係るノイズフィルタが従来のそれ
と異なる点は、アクロスザラインコンデンサに直列に抵
抗Ｒｏを接続したことである。その他の構成は、従来と
同様であるので、図１の構成説明は省略する。以下、抵
抗Ｒｏを接続したことにより、上記問題とするノイズを
低減できる理由を説明する。

【００１３】図８で示した２０〜３０　ＫＨｚに発生す
るノイズピークについてその発生メカニズムが、従来不
明であった。従って、このノイズを適切に低減できなか
った。本発明は、このノイズの発生メカニズムを解明し
、その結果、前記抵抗Ｒｏを接続することで、ノイズを
低減できるようにしたものである。

【００１４】図８に示す２０〜３０　ＫＨｚのノイズピ
ークについてその発生メカニズムを図６と図７を参照し
て説明する。交流電源２から端子Ｐ１，Ｐ２にＡＣ電圧
が印加され、このＡＣ電圧は、ノイズフィルタを通過し
、整流器Ｄ１と平滑コンデンサＣ１で直流電圧に整流平
滑される。そしてＤＣ／ＤＣ　コンバータ１に加えられ
る。一般にＤＣ／ＤＣ　コンバータはスイッチング電源
からなり、そのスイッチング周波数は数１０　ＫＨｚ〜
数１００　ＫＨｚ　である。これに対し交流電源２の周
波数は、５０／６０　Ｈｚ　〜数１００　Ｈｚと低周波
であり、高調波成分が伝導ノイズとして交流電源２側で
観測される。図６で端子Ｐ１，Ｐ２に印加された交流電
圧は、ダイオードブリッジで構成される整流器Ｄ１とコ
ンデンサＣ１でピーク整流されるため、整流器Ｄ１を構
成するダイオードは、オン状態とオフ状態を周期的に繰
り返す（図５（１）　参照）。整流器Ｄ１がオンからオ
フになった時（図５（１）　のＷ部）、コモンモードチ
ョークコイルＬ１は、今まで流れていた交流電源２から
の電流を流し続けようとして、アクロスザラインコンデ
ンサＣｘ２　に電流ｉ２を流す（図７参照）。この電流
ｉ２が流れる経路は、コモンモードチョークコイルＬ１
の一方コイル→コンデンサＣＸ２　→コモンモードチョ
ークコイルＬ１の他方のコイル→交流電源２→コモンモ
ードチョークコイルＬ１の一方コイルである。なお、 交流電源２のインピーダンス　　＜　　（１／ｊω　Ｃ
Ｘ１）のインピーダンスであるため、アクロスザライン
コンデンサＣＸ１　には、電流ｉ２は流れない。また通
常ＣＹ１，ＣＹ２（＝１０００　ＰＦ）　＜＜　ＣＸ２
（＝０．１μＦ〜１０μＦ）であるため、コンデンサＣ
Ｙ１，ＣＹ２　には、電流ｉ２は流れない。従って、図
７の電流ｉ２で示す経路に共振電流ｉ２が流れる。つま
り、コモンモードチョークコイルＬ１の洩れ磁束から生
じるノーマルモードのインダクタンスＬＮ　とコンデン
サＣＸ２　で決まる共振電流ｉ２が流れ、これが図８に
示す２０〜３０　ＫＨｚの伝導ノイズとなる。なお、ス
イッチング電源４からもノーマルモードノイズ電流が発
生するが、これは、本発明で解決しようとしているノイ
ズと異なるので、この説明は省略する。

【００１５】上述したノーマルモードのインダクタンス
ＬＮ　とコンデンサＣＸ２　による直列共振について説
明を加える。図９に示すように、理想的なコモンモード
チョークコイルＬ１では、ノーマルモードの電流ｉ２（
図７も参照）により誘起される磁束φ１　が総べてコア
内を通過し、磁束φ１　同士がコア内で互いに打ち消し
合うため、インダクタンス成分は生じない。しかし、実
際のコイルでは、図９のように漏れ磁束φＡ　とφＢ　
があるため、磁束φＡ　によりコイル１１に生じるイン
ダクタンスＬＡと、磁束φＢ　によりコイル１２に生じ
るインダクタンスＬＢが存在する。この漏れ磁束φＡ　
，φＢ　によるインダクタンスＬＡ，ＬＢ　をノーマル
モードのインダクタンスＬＮ　と言う。 したがって、アクロスザラインコンデンサＣＸ２　から
交流電源２側を見ると、交流電源２の内部インピーダン
スは約０Ωであるから、図１０のようなＬＮ　（＝ＬＡ
＋ＬＢ）とＣＸ２　の直列回路が形成される。従来は、
このようなノーマルモードのインダクタンスＬＮ　が介
在する共振回路の存在を認識できなかった。

【００１６】本発明は、図１０のように直列に抵抗Ｒｏ
を挿入することでアクロスザラインコンデンサＣＸ２　
に流れる共振電流をダンピングしている。その結果、共
振電流が減少するので図８に示す２０〜３０ＫＨｚ　で
の伝導ノイズは低減される。なお、この様なインダクタ
ンスＬＮ　とコンデンサＣＸ２　と抵抗Ｒｏの直列共振
回路のインピーダンスＺは、 　　Ｚ＝Ｒｏ＋ｊωＬＮ　＋１／ｊωＣＸ２　　　　　
＝Ｒｏ＋ｓ・Ｍ１／２　・Ｐ１／２　＋１／ｓ・Ｐ１／
２　・１／Ｍ−１／２　　　　＝Ｒｏ［１＋ｊＰ１／２
　・１／Ｒｏ　｛ωＭ１／２　−１／ω・１／Ｍ１／２
　■］共振点ωｏ　＝１／Ｍ１／２　 であるから 　　Ｚ＝Ｒｏ｛１＋ｊＰ１／２　・１／Ｒｏ（　ω／ω
ｏ　−ωｏ　／ω）｝　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（１）　なお ｓ＝ｊω Ｍ＝ＬＮ　・ＣＸ２　 Ｐ＝ＬＮ　／ＣＸ２　 である。（１）　式において、共振回路のＱ＝１とすれ
ば共振の影響を最も効率的に防ぐことができるから、抵
抗Ｒｏを 　　Ｒｏ＝Ｐ１／２　＝（ＬＮ　／ＣＸ２　）１／２　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　（２）　とすればよい。なお、
Ｒｏは、実際上（２）　式の値に近似していればよい。 なお、実施回路における主な数値例を上げると、コモン
モードチョークコイルのコモンモードインダクタンスＬ
１（コモン電流ｉ１に対するインダクタンス）は４０〜
５０　ｍＨ　、ノーマルモードインダクタンスＬＮ　は
２０〜３００　μＨ　、アクロスザラインコンデンサＣ
Ｘ２　は０．１　μＦである。

【００１７】本発明は、アクロスザラインコンデンサへ
直列に抵抗Ｒｏを接続したことであり、ノイズフィルタ
の構成を図１に限定するわけではない。例えば、図２の
ように図１のノイズフィルタに新たに２つのチョークコ
イルＬ２，Ｌ３を付加したフィルタにおいても、図２の
ようにアクロスザラインコンデンサＣＸ２　へ直列に抵
抗Ｒｏを挿入することで、伝導ノイズを低減できる。

【００１８】また、図３のように図１のノイズフィルタ
に新たに１つのコモンモードチョークコイルＬ４とコン
デンサＣＹ３　，ＣＹ４　を付加したフィルタにおいて
も、図３のようにアクロスザラインコンデンサＣＸ２　
へ直列に抵抗Ｒｏを挿入することで、伝導ノイズを低減
できる。

【００１９】

【発明の効果】図５を参照して本発明の効果を説明する
。図５（１）　は整流器Ｄ１に流れる電流波形を示し、
（２）　はＷ部の時間軸を拡大した図であり、（３）　
は本発明の抵抗Ｒｏを接続しない場合のアクロスザライ
ンコンテンサＣＸ２　に流れる電流波形である。（４）
　は本発明の抵抗Ｒｏを接続した場合のアクロスザライ
ンコンデンサＣＸ２　に流れる電流（ノーマルモードノ
イズ電流ｉ２）波形である。図５の（４）　から分かる
ように本発明の抵抗Ｒｏを接続するとノーマルモードノ
イズ電流ｉ２の値が小さくなる。なお、図５の（２），
（３），（４）　の波形同士については、時間軸が一致
するように描いてある。つまり、図５（２）の波形が０
となった時点（ｔ１）の直後に共振電流が流れる。

【００２０】図４は、図８に相当する図であり、本発明
のノイズフィルタ１０を接続した際、交流電源２側に伝
導・流出するノイズレベル（ｄＢ）の実測データ（ａ）
　（スペクトラム特性）と、従来例のそれ（ｂ）　と、
ＶＤＥ　の規格値を示した図である。この実測データか
ら分かるように本発明によれば、２０〜３０　ＫＨｚの
ノイズを除去することができ、従来問題であったこの付
近のノイズレベルのＶＤＥ　規格に対する余裕度を大き
くとることができる。

【００２１】要するに本発明によれば、抵抗Ｒｏをわず
か１本追加するだけで伝導ノイズでの交流電源の高調波
成分を低減でき、しかも、ノイズを低減させるためにノ
イズフィルタの形状を増大させずに済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るノイズフィルタの構成例を示す図
である。

【図２】本発明に係るノイズフィルタの別の構成例を示
す図である。

【図３】本発明に係るノイズフィルタの別の構成例を示
す図である。

【図４】本発明の効果を示す実測データ図である。

【図５】本発明の効果を示す図である。

【図６】従来例を示す図である。

【図７】従来例を示す図である。

【図８】従来の問題を示す実測データ図である。

【図９】ノーマルモードインダクタンスを説明する図で
ある。

【図１０】直列共振回路を示す図である。

【符号の説明】

Ｌ１　　コモンモードチョークコイル ＣＸ１　，ＣＸ２　　　アクロスザラインコンデンサＲ
ｏ　　抵抗 ＣＹ１　，ＣＹ２　　　コンデンサ Ｌ２，Ｌ３　　チョークコイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　交流電源と負荷を接続するラインに挿
   入されるノイズフィルタにおいて、交流電源と負荷を往
   復する電流を共通のコアに巻かれた２つのコイルに流し
   、これにより発生する磁束が互いに打ち消し合う極性に
   巻かれたコモンモードチョークコイル（Ｌ）　と、ライ
   ン間に接続されたアクロスザラインコンデンサと抵抗の
   直列回路と、を備えたことを特徴とするノイズフィルタ
   。
2. 【請求項２】　　アクロスザラインコンデンサの容量を
   ＣＸ、アクロスザラインコンデンサから見たノーマルモ
   ードインダクタンスをＬＮ　とした場合、前記抵抗の抵
   抗値Ｒｏが、 Ｒｏ＝（ＬＮ　／ＣＸ）１／２　 またはこの近似値であることを特徴とする請求項１記載
   のノイズフィルタ。