JPH06233521A - ノイズフィルタ回路 - Google Patents

ノイズフィルタ回路

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JPH06233521A
JPH06233521A JP1321393A JP1321393A JPH06233521A JP H06233521 A JPH06233521 A JP H06233521A JP 1321393 A JP1321393 A JP 1321393A JP 1321393 A JP1321393 A JP 1321393A JP H06233521 A JPH06233521 A JP H06233521A
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JP
Japan
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choke coil
power supply
line
noise
circuit
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Application number
JP1321393A
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English (en)
Inventor
Kiyoharu Inao
清春 稲生
Hitoshi Hiramatsu
仁 平松
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アースラインチョークコイルを実装しても、
EMIノイズ抑制特性にバラツキがなく安定したノイズ
フィルタ回路を提供することを目的とする。 【構成】 金属基板に設けられたパッドにチョークコイ
ル(L1,L2)やコンデンサ(CX,CY1,Y2)が実
装される共に、スイッチング電源(20)のACライン
側若しくはスイッチング電源内部に設けられた入力電流
を整流平滑化する回路とスイッチング素子(Q)との間
に設けられるノイズフィルタ回路において、前記ACラ
イン側のグランドと前記金属基板の金属層との間にアー
スラインチョークコイル(L3)を設ける共に、このア
ースラインチョークコイルのコア損失(Rc)を、当該
アースラインチョークコイルのインダクタンスと前記金
属基板のパッドと金属層との間の浮遊容量(Cg)によ
る共振を低減する値に選定したことを特徴としている。

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
生するノイズのACラインへの伝播を抑制するノイズフ
ィルタ回路に係り、特にEMIノイズ抑制特性にバラツ
キがなく、特性の安定する改良に関する。
【0002】
【従来の技術】ノイズフィルタ回路は、例えば本出願人
の提案に係る特願平3−156716号明細書に開示さ
れている。図6はこのような従来装置の構成ブロック図
である。図において、ノイズフィルタ回路10は、交流
電源30とスイッチング電源20の間に装着されるもの
で、スイッチング電源20により発生するスイッチング
ノイズが交流電源30側に伝播するのを防止している。
ノイズフィルタ回路10の端子P1,P2は交流電源3
0との接続に用い、端子P3,P4はスイッチング電源
20との接続に用いている。インピーダンスZ1はスイ
ッチング電源20の接地インピーダンスで、ここでは例
えばスイッチング素子のカンケースとヒートシンク間の
キャパシタ等がある。
【0003】次にノイズフィルタ回路10の詳細を説明
する。アクロスザラインコンデンサCX1は、端子P1と
端子P2を連絡するもので、これと並列に放電用の抵抗
R1が接続されている。コモンモードチョークコイルL
1はアクロスザラインコンデンサCX1の後段に接続され
たもので、コモンモードノイズと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L1の後段に接続されたもので
あり、これと並列にコンデンサCY1、CY2が接続されて
いる。コンデンサCY1、CY2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。
【0004】続いてスイッチング電源20によるノイズ
について説明する。コモンモードノイズi1は、インピ
ーダンスZ1とグランドを通して流れスイッチング電源
20に戻るもので、図中破線で示してある。ノーマルモ
ードノイズi2は、交流電源30からノイズフィルタ回
路10に流れるもので、図中実線で表している。ノーマ
ルモードノイズi3は、スイッチング電源20からノイ
ズフィルタ回路10に流れるもので、図中一点鎖線で表
している。両者i2,i3は何れも交流電源30とスイ
ッチング電源20とを接続する二本の信号線間を往復す
る経路で流れるものである。
【0005】そして、コモンモードノイズi1は、コモ
ンモードチョークコイルL1とコンデンサCY1、CY2
より削減される。またノーマルモードノイズi2は、ア
クロスザラインコンデンサCX2により交流電源30側の
発生源に還流し、ノーマルモードノイズi3は、アクロ
スザラインコンデンサCX1によりスイッチング電源20
側の発生源に還流して、信号線に流れるノーマルモード
ノイズ電流の総量を削減している。
【0006】しかしながら、図6のノイズフィルタ回路
のみでは伝導ノイズを抑制しきれず、特にMHz帯の高
周波コモンモードノイズを削減するには別の対策が取ら
れている。図7はアースラインチョークを有する従来装
置の構成図である。図において、ノイズフィルタ回路1
0はここでは単純化のためチョークコイルLを一段とし
ているが、図6の回路としてもよい。スイッチング電源
20ではノイズ源22とソースインピーダンス24を図
示している。疑似電源回路網LISNは、ノイズを測定
する際にACラインとグランドとの間に装着されるもの
で、測定系を安定させる働きをする。アースラインチョ
ークL3は、スイッチング電源20とグランドとの間に
装着されるもので、比較的小さな値のインダクタであ
る。アースラインチョークL3は、グランドループのイ
ンピーダンスを高めて、ACラインに流入するノイズを
減少させる効果がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本出願人は
特願平3−317985号明細書でノイズフィルタ回路
とスイッチング電源を金属基板上に搭載した回路を提案
している。この金属基板回路にアースラインチョークを
適用すると次のような課題があった。
【0008】図8は金属基板回路の断面図である。金属
基板回路では、アルミニューム等の金属層をグランドと
し、この金属層の上に絶縁用の樹脂層を形成し、この樹
脂層の上にパッドと呼ばれる導体層を形成している。パ
ッドにはコイルやコンデンサ等の電子部品の端子がはん
だ付けされる。一般にこの樹脂層の厚さは0.1mm程度
と薄く、そのためパッドと金属層の間で形成される容量
Cgは、従来の硝子エポキシ樹脂基板の場合と比較して
著しく大きい。
【0009】図9は金属基板回路にアースラインチョー
クコイルを設けた場合の回路図である。チョークコイル
L1,L2並びに疑似電源回路網LISNを接続するパ
ッドでは、グランドに対して容量Cgが存在している。
特に疑似電源回路網LISNとチョークコイルL1の間
に形成される浮遊容量Cgは、アースラインチョークコ
イルL3との間で共振回路を形成し、この共振周波数に
相当する帯域でのノイズ低減効果が得られなくなるとい
う課題があった。
【0010】図10は減衰特性の変動を示す図で、縦軸
に減衰量dB、横軸に周波数MHzを表している。アー
スラインチョークコイルでは、コア材の透磁率μにバラ
ツキがあり、そのため浮遊容量Cgとアースラインチョ
ークコイルの共振周波数も各コイル毎に変動する。特
に、共振周波数付近でのノイズレベルが大きく、且つノ
イズ規格に対するマージン小の場合には、このコア材透
磁率μのバラツキによりノイズ規格を超過して製品が不
合格になるという課題があった。
【0011】本発明はこのような課題を解決したもの
で、アースラインチョークコイルを実装しても、EMI
ノイズ抑制特性にバラツキがなく安定したノイズフィル
タ回路を提供することを目的とする。
【0012】
【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、金属基板に設けられたパッドにチョークコ
イル(L1,L2)やコンデンサ(CX,CY1,Y2)が
実装される共に、スイッチング電源(20)のACライ
ン側若しくはスイッチング電源内部に設けられた入力電
流を整流平滑化する回路とスイッチング素子(Q)との
間に設けられるノイズフィルタ回路において、前記AC
ライン側のグランドと前記金属基板の金属層との間にア
ースラインチョークコイル(L3)を設ける共に、この
アースラインチョークコイルのコア損失(Rc)を、当
該アースラインチョークコイルのインダクタンスと前記
金属基板のパッドと金属層との間の浮遊容量(Cg)に
よる共振を低減する値に選定したことを特徴としてい
る。
【0013】
【作用】本発明において、アースラインチョークコイル
はグランドループのインピーダンスを高めて、ACライ
ンに流れるノイズを削減する。金属基板ではパットと金
属層に起因する浮遊容量があり、このアースラインチョ
ークコイルのインダクタンスとの共振周波数がたまたま
EMIノイズ対策の周波数帯域に入ってくる。そこで、
アースラインチョークコイルのコア損失を適宜の値に選
定することで、この共振の先鋭度を鈍くして、実質的に
共振の影響がノイズ低減効果に及ばないようにしてい
る。
【0014】
【実施例】以下図面を用いて、本発明を説明する。図1
は本発明の一実施例を示す回路図で、前記図7や図9と
相違する点はアースラインチョークコイルL3にある。
尚、LISNは疑似電源回路網、CXはアクロスザライ
ンコンデンサで0.01μF程度、CY1,Y2はコンデンサ
で1000pF程度、L1,L2はコモンモードチョークコ
イルで数mH程度、Cgは金属基板のパッドと金属層間
の浮遊容量で100pF程度になっている。
【0015】図2は共振回路の等価回路で、(A)はア
ースラインチョークコイルL3と浮遊容量Cg、(B)
はダンピング用抵抗Rを直列に接続する場合を比較例と
して表している。図2(B)に表すように、インダクタ
ンスLとキャパシタCとの間の共振は抵抗Rを直列に接
続することでダンピングされる。しかし、図1の回路で
ダンピング用抵抗RをアースラインチョークコイルL3
に直列に接続すると、挿入位置であるグランドには大電
流が流れるので、損失が莫大になると共に、通常の抵抗
素子では電流定格の面で使用に耐えられないという課題
がある。
【0016】そこで、アースラインチョークコイルL3
のコア損失Rcを用いて共振の減衰を実現する。ここ
で、コア損失とは、コアの体積当たりのエネルギー損失
をいい、一般に磁気回路では励磁の際ヒステリシス曲線
を描くので、付随してエネルギが熱として失われる。図
3は共振回路のインピーダンス曲線で、縦軸にインピー
ダンスZ、横軸にコア損失Rcをとっている。アースラ
インチョークコイルL3と浮遊容量Cgとの共振インピ
ーダンスZは、次式で表される。
【数1】 ここで、ωは角周波数である。一般にインピーダンスZ
が大きいほどグランドループに流れ込むノイズを抑制で
きる。
【0017】次に、アースラインチョークコイルL3の
インダクタンスと浮遊容量Cgとを一定としてコア損失
Rcを増大させると、図3の場合に二つの漸近線が表れ
る。一方の漸近線はコア損失Rcが小さい領域に相当す
るもので、次式が成立する。
【数2】 すなわち、コア損失Rcの増大と共にインピーダンスZ
が増大する。グランドループに流れ込むノイズを抑制で
きる。他方の漸近線はコア損失Rcが大きい領域に相当
するもので、次式が成立する。
【数3】 すなわち、コア損失RcによらずインピーダンスZは一
定になっている。ここで、両方の漸近線が交差する点で
は次式が成立している。 Rc=jωL3 (4) そこで、コア損失Rcの最適値Rcoは、次式で表され
る。 Rco=k・Rc (5) ここでkは定数で、例えば1.5とする。この定数kは通
常のコア材透磁率μの変動によってはインピーダンスZ
が過度に低下しないように定め、例えば上述の交差点よ
りもインピーダンスZが安定する側とする。
【0018】次に、このようなコア損失Rcを実現する
コア設計の手法について説明する。ここでは、コアの材
質として比透磁率が約3000のNiZn系フェライトコア
を選ぶ。コア形状をトロイダル形とし、外形13mm、
内径6mmであって、コイルの巻数は3Tとする。する
と、ここでは共振周波数が5MHzに生ずるので、必要
なコア損失Rcは約100Ωになっている。そこで、コ
アの厚さを4mmとしている。
【0019】次に、本発明の変形実施例を説明する。ア
ースラインチョークコイルL3のコア材の比透磁率μを
数千〜数万と選んだ場合、比透磁率μは0.1〜1MHz
付近で低下を始めることが知られている。このため、M
Hz帯域でのグランドループにおけるインピーダンスが
低下して、ノイズフィルタ回路のEMIノイズ抑制力が
低下する。そこで、高周波帯域でもインピーダンスが高
く維持できるノイズフィルタ回路を実現する。
【0020】図4は本発明の変形実施例を示す回路図で
ある。ここでは、図1と比較するとアースラインチョー
クコイルL31,L32が二個直列に接続されている。
ここでチョークコイルL31は前述のコア材の比透磁率
μが数千〜数万のものである。他方チョークコイルL3
2は、コア材の比透磁率μが数百程度のもので、低周波
帯域では高いインピーダンスを得られないが、高周波帯
域になっても比透磁率μが変動しないので、実質的に高
いインピーダンスが得られるという性質がある。このよ
うなコアとして、コア材質には比透磁率μが約300のN
iZn系フェライトコアがあり、前述の設計例に対応す
る形状としてはトロイダル形で外形16mm、内径8m
m、厚さ4mmで巻数3Tとするとよい。
【0021】このように構成された装置の動作を次に説
明する。図5は図4の装置のノイズ低減効果の説明図
で、縦軸に減衰量dB、横軸に周波数をとっている。1
MHz以上の帯域で破線で示したものは、図1の装置で
ある。アースラインチョークコイルが一段なので、減衰
量が低下してしまう領域がある。此れに対して、この実
施例ではアースラインチョークコイルを二段直列に接続
しているので、実線で示すように高周波帯域でのノイズ
低減効果が大きくなっている。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればア
ースラインチョークコイルのコア損失Rcを、アースラ
インチョークコイルのインダクタンスと金属基板のパッ
ドと金属層との間の浮遊容量Cgによる共振を低減する
値に選定しているので、コア材質の透磁率のバラツキが
あっても、ノイズの低減特性が安定するという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図2】共振回路の等価回路である。
【図3】共振回路のインピーダンス曲線図である。
【図4】本発明の変形実施例を示す回路図である。
【図5】図4の装置のノイズ低減効果の説明図である。
【図6】従来装置の構成ブロック図である。
【図7】アースラインチョークコイルを有する従来装置
の構成図である。
【図8】金属基板回路の断面図である。
【図9】金属基板回路にアースラインチョークコイルを
設けた場合の回路図である。
【図10】減衰特性の変動を説明する図である。
【符号の説明】
10 ノイズフィルタ回路 20 スイッチング電源 Cg 浮遊容量 L3 アースラインチョークのインダクタンス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属基板に設けられたパッドにチョークコ
    イル(L1,L2)やコンデンサ(CX,CY1,Y2)が
    実装される共に、スイッチング電源(20)のACライ
    ン側若しくはスイッチング電源内部に設けられた入力電
    流を整流平滑化する回路とスイッチング素子(Q)との
    間に設けられるノイズフィルタ回路において、 前記ACライン側のグランドと前記金属基板の金属層と
    の間にアースラインチョークコイル(L3)を設ける共
    に、 このアースラインチョークコイルのコア損失(Rc)
    を、当該アースラインチョークコイルのインダクタンス
    と前記金属基板のパッドと金属層との間の浮遊容量(C
    g)による共振を低減する値に選定したことを特徴とす
    るノイズフィルタ回路。
JP1321393A 1993-01-29 1993-01-29 ノイズフィルタ回路 Pending JPH06233521A (ja)

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