JPH05161268A

JPH05161268A - ノイズフィルタの実装構造

Info

Publication number: JPH05161268A
Application number: JP3317985A
Authority: JP
Inventors: Kiyoharu Inao; 清春稲生; Shuichi Matsuda; 修一松田; Hitoshi Hiramatsu; 仁平松
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1993-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波特性、放熱特性並びにノイズ低減特性
の再現性の高いノイズフィルタの実装構造を提供する。【構成】スイッチング電源のＡＣラインに挿入され、
若しくは入力電流を整流平滑化した後に挿入されるノイ
ズフィルタにおいて、このノイズフィルタを構成するコ
ンデンサやチョークコイル等の構成部品を金属ベース基
板若しくは金属コア基板上に搭載し、当該金属基板の金
属部分を接地してグランドプレーンとしたことを特徴と
するノイズフィルタの実装構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスイッチング電源から発
生し、ＡＣラインに伝導するノイズを抑制するノイズフ
ィルタに係り、特にＥＭＩノイズ抑制効果の向上に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】本発明者は特願平３−１７１２５８号，
１５６７１６号明細書等でノイズフィルタの構造を提案
している。図９はノイズフィルタの回路図である。図に
おいて、ノイズフィルタ１０は、アクロスザラインコン
デンサＣＸ１を入力側に有する。コンデンサＣＸ１はレ
ベル端子Ｌと中立端子Ｎを連結するもので、場合により
これと並列に放電用の抵抗が接続されている。コモンモ
ードチョークコイルＬはアクロスザラインコンデンサＣ
Ｘ１の後段に接続されたもので、コモンモードノイズ及
びノーマルモードノイズを低減する。アクロスザライン
コンデンサＣＸ２はコモンモードチョークコイルＬの後
段に接続されたもので、これと並列にコンデンサＣＹ
１，ＣＹ２が接続されている。コンデンサＣＹ１，ＣＹ
２は両者の接続点が接地されたもので、コモンモードノ
イズを低減する。

【０００３】ここで、コモンモードノイズはスイッチン
グ電源部２０の浮遊容量とグランドを通じて流れスイッ
チング電源に戻るものであり、ノーマルモードノイズは
交流電源とスイッチング電源部２０を接続する二本の信
号線間を流れるものである。コモンモードノイズは、コ
モンモードチョークコイルＬのインダクタンスによる大
インピーダンス作用及びコンデンサＣＹ１，ＣＹ２の接
地された共通接続点がノイズ電流をスイッチング電源側
に帰還する作用により低減される。ノーマルモードノイ
ズは、アクロスザラインコンデンサＣＸ１，ＣＸ２によ
り発生源側に還流されて、信号線に流れる総量が削減さ
れる。

【０００４】次に図９に基づいてノイズフィルタの実装
状態を説明する。図中、（Ａ）は樹脂基板、（Ｂ）は金
属シールドケース、（Ｃ）はノイズフィルタを二段と
し、一方に金属シールドケース、他方に樹脂基板を用い
たものである。樹脂基板は、例えばガラスエポキシ基板
を用い、スイッチング電源部２０を構成する整流平滑化
回路やスッチング素子、トランス等のＤＣ−ＤＣコンバ
ータ回路が搭載されている。金属シールドケース１２に
ノイズフィルタ回路１０が収容されている場合は、スイ
ッチング電源部２０との間は接続コード３０を用いて接
続されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記３
タイプには以下の課題があった。まず樹脂基板にノイズ
フィルタ回路を搭載した第１のタイプでは、高周波特性
が良くないという第１の課題がある。スイッチング電源
のグランドのインピーダンスは、理想的にはゼロである
が現実にはグランドプレーンではないため無視できな
い。グランド導体の自己インダクタンスより生じる浮遊
インピーダンスにより、高周波では電位差が生じて高周
波特性に悪影響を与える。第２の課題は、放熱性が良く
ない点である。発熱を銅パターンからすべて放熱するの
は不可能であるから、ヒートシンクを用いる必要があ
り、装置が大型化してしまう。第３の課題は、ＥＭＩ特
性が良くない点である。トランスなどで生じる磁束がノ
イズフィルタと空間的な結合をすることによりノイズが
増大し、ＥＭＩ特性が悪化する。

【０００６】第２のタイプは、ノイズフィルタ１０を金
属シールドケース１２に収容し、他のスイッチング電源
の構成要素を樹脂基板の上に形成したものである。第１
の課題はノイズフィルタの個体差が大きい点である。ノ
イズフィルタの各構成部品が手動配線により接続されて
いるためである。第２の課題はＥＭＩ特性が悪い点であ
る。接続コード３０のインダクタンスの影響である。

【０００７】第３のタイプは、ノイズフィルタ１０を二
段にして、ノイズ低減特性の改善を目的とし、実装上の
理由から一方に金属シールドケース１２、他方に樹脂基
板を用いたものである。このようにすると、上述の第１
のタイプと第２のタイプの両者の課題を有し、十分な特
性が得られないという課題があった。

【０００８】本発明はこのような課題を解決したもの
で、高周波特性、放熱特性並びにノイズ低減特性の再現
性の高いノイズフィルタの実装構造を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明は、スイッチング電源のＡＣラインに挿入さ
れ、若しくは入力電流を整流平滑化した後に挿入される
ノイズフィルタにおいて、このノイズフィルタを構成す
るコンデンサやチョークコイル等の構成部品を金属ベー
ス基板若しくは金属コア基板上に搭載し、当該金属基板
の金属部分を接地してグランドプレーンとしたことを特
徴とするノイズフィルタの実装構造である。好ましく
は、請求項１記載のノイズフィルタと、このノイズフィ
ルタを覆う強磁性材料または高導伝率材料の少なくとも
一方よりなる外部ケースでシールドケースを構成すると
よい。

【００１０】

【作用】金属基板をグランドプレーン化すると、インダ
クタンスが低下してノイズフィルタの高周波特性が良く
なる。またノイズフィルタの構成部品から発生する熱
は、金属基板に伝導され、金属基板が放熱板としての機
能を兼務する。外部ケースでノイズフィルタを覆うと、
強磁性材料の場合には磁気シールド効果が得られ、高導
電率材料の場合には電磁シールドによりノイズフィルタ
のＥＭＩ特性を改善する。

【００１１】

【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明の一実施例を示す構成斜視図である。
図において、金属ベース基板４０上にはノイズフィルタ
１０が搭載されている。ここで金属ベース基板とは、金
属板の片面に回路パターンの形成されたものを言い、金
属コア基板とは金属板の両面に回路パターンを設けたも
のを言い、両者を含む場合を金属基板と呼ぶ。なお、回
路パターンを設ける場合には、金属板との間に絶縁層を
設ける。ガラスエポキシ樹脂基板５０にはスイッチング
電源部２０が搭載されている。

【００１２】このように構成された装置の特性について
説明する。図２は銅板のインダクタンスの特性図で、縦
軸にインダクタンス、横軸に棒材・板材の長さを取って
いる。銅板では、幅、厚さが大きくなるとインダクタン
スが減少し、長さが大きくなると増加する。従って、ノ
イズフィルタ１０を金属ベース基板４０に集積するとと
もに、金属ベース基板４０を接地してグランドプレーン
とすることにより、グランド幅と厚さが大きくなり、イ
ンダクタンスを低下させることができる。これにより浮
遊インピーダンスが低下し、高周波特性が改善される。
また金属ベース基板４０はアルミニウム等の熱伝導率の
高い材料で構成されているので、ノイズフィルタ１０の
構成部品で発生する熱を放熱する放熱板として利用する
ことができ、ヒートシンク等が不要となって小型化に寄
与する。

【００１３】図３は本発明の第２の実施例の説明図で、
図１の装置のノイズフィルタ１０を金属シールドケース
６０で覆ったものである。図４は図３の要部を説明する
断面図である。金属ベース基板４０は三層構造で、絶縁
層４１、高導電率層４２及び高透磁率層４３になってい
る。高導電率層４２は銅、アルミニウム等の導電率の高
い材料よりなる。高透磁率層４３は珪素鋼板などの鉄系
材料やニッケル等の強磁性材料であって、実動作時の強
度磁界において透磁率の高い材料よりなる。金属シール
ドケース６０は二層構造であって、高導電率層６１と高
透磁率層６２を有する。材質は、それぞれ高導電率層４
２及び高透磁率層４３と同様である。積層の順序は図示
のようにするのがよい。ノイズフィルタ１０のより内側
の層に高導電率層をもうけ、外側に高透磁率層を設け
る。このようにすると、外来の磁束は高透磁率層で内部
に侵入する量が減少し、従って高導電率層で発生する渦
電流の量も少なくて済む。

【００１４】このように構成された装置の動作を次に説
明する。図５はシールド効果の説明図で、（Ａ）は磁気
シールド、（Ｂ）は電磁シールドの場合を示している。
高透磁率層でノイズフィルタ１０を取り囲む。すると、
トランス等の他の素子から発生した磁束は高透磁率層を
通過し、この高透磁率層は磁束のバイパス経路として働
く。この結果、発生磁束とノイズフィルタ１０との結合
が防止される。また、高透磁率層でノイズフィルタ１０
を取り囲むと、他の素子で発生した磁束は高透磁率層で
渦電流を発生させる。この渦電流により磁束が減衰し
て、ノイズフィルタ１０と結合する量が低下してシール
ドとして働き、ＥＭＩ特性が向上する。

【００１５】図６は本発明の第３実施例の説明図で、ノ
イズフィルタ１０を二段構成としたものである。ノイズ
フィルタ１０は金属ベース基板４０に搭載し、スイッチ
ング電源部２０は樹脂基板５０に搭載している。この場
合、両方のノイズフィルタ１０を金属シールドケース６
０で覆ってもよく（図６Ａ）、また片方だけでもよい
（図６Ｂ）。このようにすると、従来前段と後段のノイ
ズフィルタ１０の間を接続していた接続コード３０がな
くなり、接続コード３０のインダクタンスによるノイズ
の悪化が生じない。また金属ベース基板４０は金属シー
ルドケース６０の下面を兼用できるので、ケース下面が
不要になり材料が節約できる。またノイズフィルタ１０
の各構成部品を金属ベース基板４０に搭載するので、手
動配線に起因する個体差がなくなる。

【００１６】図７は本発明の第４実施例の構成図で、ノ
イズフィルタ１０とスイッチング電源部２０を共通の金
属ベース基板４０に搭載したものである。この場合、ノ
イズフィルタ１０とスイッチング電源部２０を金属シー
ルドケース６０で覆ってもよく（図７Ｂ）、また金属シ
ールドケース６０なしでもよい（７Ａ）．

【００１７】図８は従来構造と本発明にかかる構造との
比較実験をしたものの回路定数説明図である。グランド
プレーンとすることで、コモンモードは周波数１ＭＨｚ
以上で１５ｄＢ，ノーマルモードは周波数４ＭＨｚ以上
で１０ｄＢ減衰量が改善された。また金属ベース基板４
０の放熱作用により、同損失時の温度上昇を樹脂基板５
０に実装した場合に比較して、８０％程度に抑えること
ができた。また金属シールドケース６０の材料を単層の
銅とし、ノイズフィルタ１０とスイッチング電源部２０
を金属ベース基板４０に搭載した場合（図７Ｂ参照）
に、金属シールドケース６０で覆うとＥＭＩノイズが周
波数４ＭＨｚ以上で１０ｄＢ減衰量が改善された。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば金
属基板をグランドプレーンとしているので、高周波特性
が改善される。また金属基板は放熱板としての役割も兼
務するので、スイッチング電源全体やノイズフィルタ１
０が小型になる。更に金属シールドケース６０でノイズ
フィルタ１０を覆うと、ＥＭＩ特性が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成斜視図である。

【図２】銅板のインダクタンスの特性図である。

【図３】本発明の第２の実施例の説明図である。

【図４】図３の要部を説明する断面図である。

【図５】シールド効果の説明図である。

【図６】本発明の第３実装例の説明図である。

【図７】本発明の第４実施例の構成図である。

【図８】従来構造と本発明にかかる構造との比較実験を
したものの回路定数説明図である。

【図９】ノイズフィルタの回路図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 15/00 9298−5ＫＨ０５Ｋ 9/00 Ｋ 7128−4Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチング電源のＡＣラインに挿入さ
れ、若しくは入力電流を整流平滑化した後に挿入される
ノイズフィルタにおいて、このノイズフィルタを構成す
るコンデンサやチョークコイルなどの構成部品を金属ベ
ース基板若しくは金属コア基板上に搭載し、当該金属基
板の金属部分を接地してグランドプレーンとしたことを
特徴とするノイズフィルタの実装構造。
【請求項２】請求項１記載のノイズフィルタと、このノ
イズフィルタを覆う強磁性材料または高導伝率材料の少
なくとも一方よりなる外部ケースでシールドケースを構
成したことを特徴とするノイズフィルタの実装構造。