JPH10303674A - Ａｃラインフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＣ電源ライン上のノイズを除去するＡＣラ
インフィルタにおいて、漏洩電流を阻止でき、かつコイ
ルのインダクタンスを小さくしながらもＬＰＦとしての
性能を高くする。 【解決手段】 コモンモードチョークコイル２には、３
つの巻線２ａ，２ｂ，２ｃが設けられている。これらの
うち第３の巻線２ｃは、フレームグランドＦＧと電流供
給回路５との間に接続されている。また、neutral ライ
ン１ＮとフレームグランドＦＧとの間には、ライン上の
コモンモードノイズを抽出するノイズ抽出回路としての
ＨＰＦ（High Pass Filter）３が設けられている。ＨＰ
Ｆ３で抽出されたノイズ出力はノイズ増幅回路４に送ら
れて増幅され、このノイズ増幅回路４の出力に応じて電
流供給回路５が、コモンモードチョークコイル２の第３
の巻線２ｃに逆相の起電力を与えるための電流を供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＡＣ電源ライン上の
ノイズを除去するＡＣラインフィルタに関し、特にコモ
ンモードノイズの低減を図ったＡＣラインフィルタに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＡＣ電源ラインを通しての不要輻
射の防止、あるいはノイズ成分の入射に対しての対策と
して、ＡＣラインフィルタが使用されている。ＡＣライ
ンフィルタは、コモンモードノイズやノーマルモードノ
イズのＡＣラインへの出入りを阻止することができる。
ここで、コモンモードノイズとは、機内のノイズ源から
電源へ流出する対大地間のノイズのことである。一方、
ノーマルモードノイズとは、機内から発生するノイズ
で、ＡＣラインの間を回るループ雑音のことである。

【０００３】図９は一般的なＡＣラインフィルタの構成
を示す回路図である。ＡＣラインフィルタ１００のlive
ライン１００Ｌとneutral ライン１００Ｎとの間には、
ノーマルモードノイズを低減するためのコンデンサＣ１
０，Ｃ１１が並列に接続されている。これらコンデンサ
Ｃ１０，Ｃ１１の間には、コモンモードノイズを低減す
るためのコモンモードチョークコイル１０１が接続され
ている。また、コンデンサＣ１１の次段には、コモンモ
ードノイズを低減するための２個のコンデンサＣ１２，
Ｃ１３が、互いに直列に、かつコンデンサＣ１１と並列
となるように接続されている。

【０００４】ところで、コンデンサＣ１２，Ｃ１３の接
続点Ｔａは、フレームグランドＦＧに接続される。この
ため、電源のフレームと大地との間に電位差が生じる。
よって、人がフレームに触ると、いわゆる漏洩電流がフ
レームから人体を通して大地に流れる。日本では、人に
対する安全電流値が１ｍＡに規定されているので、これ
をＡＣラインフィルタ１００で守ためには、コンデンサ
Ｃ１２，Ｃ１３としては、ともに容量が２２００ｐＦ〜
３３００ｐＦの小容量のものを使用する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、コモンモード
ノイズを減衰させるパラメータは、コモンモードチョー
クコイル１０１の各コイルＬ１０，Ｌ１１のインダクタ
ンスと、コンデンサＣ１２，Ｃ１３の容量値なので、コ
ンデンサＣ１２，Ｃ１３の容量値が上記のように固定化
されると、ＬＰＦ（Low Pass Filter ）として高周波の
減衰量を大きくするためには、コイルＬ１０，Ｌ１１の
インダクタンスを大きく設定する必要がある。

【０００６】また、一般にＡＣラインフィルタのインピ
ーダンスは、５０Ω〜１５０Ωとされており、コンデン
サＣ１２，Ｃ１３を上記の範囲の値に設定すると、フィ
ルタの特性にほとんど寄与せず、ＡＣラインフィルタ１
００は、コイルＬ１０，Ｌ１１とラインのインピーダン
スとによるＬＰＦ（Low Pass Filter ）となる。したが
って、この点でも、コイルＬ１０，Ｌ１１のインダクタ
ンスの大きさが重要となってくる。

【０００７】ところが、現在、super high μ材でも、
１５Ｔでせいぜいインダクタンス２０ｍＨであり、イン
ダクタンスを大きくすると直流抵抗による電力ロスが大
きく、発熱量が多くなるという問題があった。

【０００８】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、漏洩電流を阻止でき、かつコイルのインダク
タンスを小さくしながらもＬＰＦとしての性能を高くで
きるＡＣラインフィルタ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】本発明では上記課題を解
決するために、ＡＣ電源ライン上のノイズを除去するＡ
Ｃラインフィルタにおいて、第３の巻線が追加されたコ
モンモードチョークコイルと、前記ＡＣ電源ライン上の
コモンモードノイズを抽出するノイズ抽出回路と、前記
抽出されたコモンモードノイズを増幅するノイズ増幅回
路と、前記ノイズ増幅回路の出力に応じて前記コモンモ
ードチョークコイルの第３の巻線に逆相の起電力を与え
るための電流を供給する電流供給回路と、を有すること
を特徴とするＡＣラインフィルタが提供される。

【００１０】ノイズ抽出回路により抽出されたＡＣ電源
ライン上のコモンモードノイズをノイズ増幅回路が増幅
すると、その出力に応じて電流供給回路がコモンモード
チョークコイルの第３の巻線に電流を供給し、第３の巻
線に逆相の起電力を与える。これにより、回路上のコモ
ンモードノイズがキャンセルされる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一形態を図面を参
照して説明する。図１は本発明のＡＣラインフィルタの
概念図である。ＡＣラインフィルタ１のliveライン１Ｌ
とneutral ライン１Ｎとの間には、ノーマルモードノイ
ズを低減するためのコンデンサＣ１，Ｃ２が並列に接続
されている。これらコンデンサＣ１，Ｃ２の間には、コ
モンモードノイズを低減するためのコモンモードチョー
クコイル２が接続されている。コモンモードチョークコ
イル２には、３つの巻線２ａ，２ｂ，２ｃが設けられて
いる。このうち巻線２ａ，２ｂはそれぞれliveライン１
Ｌ、neutral ライン１Ｎ上に配置されている。一方、第
３の巻線２ｃは、フレームグランドＦＧと電流供給回路
５との間に接続されている。

【００１２】また、neutral ライン１Ｎとフレームグラ
ンドＦＧとの間には、ライン上のコモンモードノイズを
抽出するノイズ抽出回路としてのＨＰＦ（High Pass Fi
lter）３が設けられている。ＨＰＦ３で抽出されたノイ
ズ出力はノイズ増幅回路４に送られて増幅され、このノ
イズ増幅回路４の出力に応じて電流供給回路５が、コモ
ンモードチョークコイル２の第３の巻線２ｃに逆相の起
電力を与えるための電流を供給する。この逆相の起電力
との相殺により、ライン上のコモンモードノイズがキャ
ンセルされる。

【００１３】したがって、コモンモードチョークコイル
２のインダクタンスを大きくすることなくＬＰＦとして
の機能を高めることができ、同時に電力損失を低減でき
る。また、コモンモードノイズ用のコンデンサをフレー
ムグランドＦＧとの間に接続する必要がないので、漏洩
電流の心配がない。たとえコモンモードノイズ用のコン
デンサを設けたとしても、その容量値を小さくできるの
で、漏洩電流も小さくでき、安全である。

【００１４】図２は本形態のＡＣラインフィルタの具体
的な構成を示す回路図である。なお、ここでは、図１と
同一の構成要素については同一符号を付して示す。ＡＣ
ラインフィルタ１０のliveライン１Ｌとneutral ライン
１Ｎとの間には、ノーマルモードノイズを低減するため
のコンデンサＣ１，Ｃ２が並列に接続されている。これ
らコンデンサＣ１，Ｃ２の間には、コモンモードノイズ
を低減するためのコモンモードチョークコイル２が接続
されている。コモンモードチョークコイル２には、３つ
の巻線２ａ，２ｂ，２ｃが設けられている。これらのう
ち巻線２ａ，２ｂは、それぞれliveライン１Ｌ、neutra
l ライン１Ｎ上に配置されている。一方、第３の巻線２
ｃは、フレームグランドＦＧと電流供給回路５との間に
接続されている（図２では巻線２ｃは電流供給回路５側
に示してある）。

【００１５】コモンモードチョークコイル２とコンデン
サＣ２との間には、コモンモードノイズを低減するため
の２個のコンデンサＣ３，Ｃ４が、互いに直列に、かつ
コンデンサＣ２と並列となるように接続されている。コ
ンデンサＣ３，Ｃ４の接続点は、フレームグランドＦＧ
に接続されている。フレームグランドＦＧは、earth１
Ｅとも接続されている。

【００１６】コンデンサＣ２の次段には、コモンモード
チョークコイル６が接続されている。そして、最終段に
は、コンデンサＣ５がliveライン１Ｌとneutral ライン
１Ｎとの間に接続されている。

【００１７】neutral ライン１ＮとフレームグランドＦ
Ｇとの間には、コンデンサ３ａと抵抗３ｂとから構成さ
れるＨＰＦ３が接続されている。ここでは、例えばコン
デンサ３ａの値は１００ｐＦ程度、抵抗３ｂは３３０ｋ
Ω程度に設定されている。このようなＨＰＦ３によっ
て、neutral ライン１ＮとフレームグランドＦＧとの間
のコモンモードノイズが抽出される。neutral ライン１
Ｎは、電源供給側でearth １Ｅに接続されているため、
両者間に電位差がない。したがって、neutral ライン１
ＮとフレームグランドＦＧとの間にＨＰＦ３を接続する
ことにより、ＡＣ電圧の影響を受けずにコモンモードノ
イズを抽出することができる。

【００１８】また、コンデンサ３ａの値が１００ｐＦ程
度なので、ＨＰＦ３の入力側がliveライン１Ｌに接続さ
れてしまったとしても、ＡＣ電圧を２６０Ｖ、６０ｋＨ
ｚとした場合でも、その漏洩電流は１０μＡ程度と小さ
く安全である。

【００１９】ＨＰＦ３で抽出されたコモンモードノイズ
は、ノイズ増幅回路４に入力される。ノイズ増幅回路４
では、ＨＰＦ３で抽出されたコモンモードノイズがＦＥ
Ｔ４ａのゲート（Ｇ）に入力される。ＦＥＴ４ａは、差
動アンプ４ｂの動作電圧を確保するため、バイアス抵抗
を小さくする目的で設けられている。ただし、差動アン
プ４ｂのインピーダンスが高ければＦＥＴ４ａは必要な
い。

【００２０】差動アンプ４ｂは、低ノイズ広帯域アンプ
であり、ＦＥＴ４ａからのコモンモードノイズを増幅す
る。差動アンプ４ｂの出力端子は、電流供給回路５の可
変抵抗器５ｂを介してトランジスタ５ａのベース（Ｂ）
に接続されている。トランジスタ５ａのコレクタ（Ｃ）
は、コモンモードチョークコイル２の第３の巻線２ｃと
接続されている。可変抵抗器５ｂによってベース
（Ｂ）、エミッタ（Ｅ）間の電圧を調節することによ
り、巻線２ｃの電流Ｉｃを調節することができる。

【００２１】巻線２ｃは、電流Ｉｃが流れることによ
り、巻線２ａ，２ｂに逆相の誘導起電力が生じるように
巻かれている。このため、コモンモードノイズに比例し
た電流Ｉｃが巻線２ｃに流れることにより、ライン上の
コモンモードノイズが低減される。

【００２２】ここで、巻線２ｃに誘導起電力を生じさせ
る手段として電流Ｉｃを用いるのは、電流供給回路５側
が巻線２ｃの負荷とならないようにするためである。な
お、巻線２ｃと共振しないように、電流供給回路５の出
力容量は小さいことが望ましい。

【００２３】また、ノイズ増幅回路４および電流供給回
路５の駆動源は、負荷側から供給される。次に、このよ
うなＡＣラインフィルタ１０の具体的な特性を、実測定
データに基づいて説明する。

【００２４】図３は図２のコモンモードチョークコイル
２の第３の巻線２ｃをオープンにした状態におけるＡＣ
ラインフィルタ１０のゲインの周波数特性を示す図であ
る。図において、線Ｓ１はコンデンサＣ３，Ｃ４を接続
しない場合の特性である。また、線Ｓ２〜Ｓ７は、それ
ぞれＣ３＋Ｃ４が１２００ｐＦ、２４００ｐＦ、３６０
０ｐＦ、４８００ｐＦ、６０００ｐＦ、７２００ｐＦの
ときの特性である。

【００２５】通常、ＡＣラインフィルタの特性の測定
は、５０Ω系の測定システムで行われるため、各特性Ｓ
１〜Ｓ７は、通常のアナログフィルタの特性のようなイ
ンピーダンス整合のとれた形にはならず、図のような低
い周波数でピークを持つ形状になる。特に、コンデンサ
Ｃ３，Ｃ４がない場合には、特性Ｓ１のように、コモン
モードチョークコイル２，６の各巻線のインダクタンス
（ここでは例えば２ｍＨ）と５０Ωの周波数インピーダ
ンスとの比になる。

【００２６】図９で説明した理由から、ＡＣラインフィ
ルタ１０では、コンデンサＣ３，Ｃ４の値が２２００ｐ
Ｆ〜３３００ｐＦに設定されている。したがって、ＡＣ
ラインフィルタ１０の特性を検討するためには、線Ｓ
５、Ｓ６を参照するのが妥当である。そして、ＡＣライ
ンフィルタ１０では、負荷側の図示されていないスイッ
チングレギュレータがコモンモードノイズの発生源とな
っていることから、このノイズの最低周波数である１０
０ｋＨｚで見てみると、ゲインは−３０ｄＢ程度と減衰
量が少ないことが分かる。すなわち、従来の構成のよう
にコモンモードチョークコイル２の第３の巻線２ｃをオ
ープンにした状態では、十分なノイズ低減ができない。

【００２７】図４は図２のＡＣラインフィルタ１０のコ
モンモードチョークコイル２の第３の巻線２ｃを接続し
た状態におけるゲインの周波数特性を示す図である。こ
こで、線Ｓ１，Ｓ７は図３で示したものと同じである。
一方、線Ｓ８は、ＡＣラインフィルタ１０において、コ
モンモードチョークコイル２、６の各巻線のインダクタ
ンスを２ｍＨとし、コンデンサＣ３，Ｃ４を接続しない
場合の特性である。また、線Ｓ９は、コモンモードチョ
ークコイル２、６の各巻線のインダクタンスを２ｍＨ、
コンデンサＣ３，Ｃ４の容量をＣ３＋Ｃ４＝７２００ｐ
Ｆとしたときの特性である。

【００２８】図からも分かるように、１００ｋＨｚにお
ける減衰量は、コンデンサＣ３，Ｃ４を接続しない場合
（線Ｓ８）で４８ｄＢ、Ｃ３＋Ｃ４＝７２００ｐＦの場
合（線Ｓ９）で５１ｄＢと、図３の３０ｄＢより大幅に
減衰できる。また、このときの巻線２ｃへの供給電流Ｉ
ｃは、５ｍＡ程度であり、電力損失は回路を含めて１０
０ｍＷ程度で済む。

【００２９】このように、本形態では、ＨＰＦ３でneut
ral ライン１Ｎとearth １Ｅとの間のノイズを抽出し、
そのノイズをノイズ増幅回路４で増幅し、その出力に応
じてコモンモードチョークコイル２の第３の巻線２ｃに
逆相の起電力を与えるための電流を供給するようにした
ので、ライン上のコモンモードノイズを容易にキャンセ
ルすることができる。

【００３０】したがって、コモンモードチョークコイル
２のインダクタンスを大きくすることなくＬＰＦとして
の機能を高めることができ、同時に電力損失を低減でき
る。また、図２ではコモンモードノイズ用のコンデンサ
Ｃ３，Ｃ４をフレームグランドＦＧとの間に設けたが、
これらを省略することも可能である。これにより、漏洩
電流の心配がなくなる。

【００３１】次に、図２で示した電流供給回路５の他の
構成例について説明する。図５は電流供給回路の他の構
成例を示す回路図である。この電流供給回路５０は、図
２の電流供給回路５の第３の巻線２ｃに代えて、互いに
直列の２つの巻線２ｄ，２ｅが設けられている。そし
て、トランジスタ５１、５２により各巻線２ｄ，２ｅに
電流をPush Pull ドライブする構成となっている。巻線
２ｄ，２ｅへの電流の調節は、可変抵抗５３により行
う。

【００３２】このような構成により、直流電流による巻
線２ｄ，２ｅの磁気飽和の発生を防止することができ
る。また、出力容量を減少できるので、帯域内での共振
を防止することができる。本願出願人の実験では、コモ
ンモードチョークコイル２の外径を４０Φｍｍ、厚み２
０ｍｍ、材質をHigh μ材、インダクタンスを１２ｕＨ
／１１Ｔとした場合に、磁気飽和は、２ＡＴで５０％の
低下が見られた。また、外径を３０Φｍｍ、厚み１５ｍ
ｍ、材質をフェライト材、インダクタンスを１８０ｕＨ
／４２Ｔとした場合に、磁気飽和は、２９４ＡＴで５０
％の低下が見られた。

【００３３】次に、一般の電源装置のスイッチングレギ
ュレータで発生するノイズついて考察する。図６はノイ
ズ測定回路の構成を示すブロック図である。ＡＣ電源は
ＬＩＳＮ（Line Impedance Stability Network）１１を
介してフィルタ切り換え装置１２に供給される。フィル
タ切り換え装置１２は、３本の平行なラインＸ１，Ｘ
２，Ｘ３に分かれている。ラインＸ１には、コモンモー
ドフィルタ（ＣＦ）１２ａ、ノーマルモードフィルタ
（ＮＦ）１２ｂが直列に接続されている。また、ライン
Ｘ２には１個のコモンモードフィルタ１２ｃが、ライン
Ｘ３には１個のノーマルモードフィルタ１２ｄがそれぞ
れ設けられている。ここで、コモンモードフィルタ１２
ａ，１２ｃ、ノーマルモードフィルタ１２ｂ，１２ｄに
は、いずれも５０ｋＨｚで７０ｄｂ以上の減衰量を持つ
ものが使用される。

【００３４】ＤＣ−ＤＣコンバータ１３は、例えば４０
０Ｗの出力を有する力率改善コンバータであり、スイッ
チングレギュレータをメインとした構成となっている。
このＤＣ−ＤＣコンバータ１３には、フィルタ切り換え
装置１２のラインＸ１，Ｘ２，Ｘ３のいずれかが切り換
え接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１３の出力側に
は、例えば６０Ｗの負荷１４が接続される。このような
構成におけるＡＣ電源ライン上のノイズの特性は、スペ
クトルアナライザ１５によって測定することができる。

【００３５】図７はノイズ測定回路における第１の測定
による結果を示す図である。ここでは、フィルタを接続
せずに測定した特性を線Ｓ１１に、ノーマルモードフィ
ルタ１２ｄのみのラインＸ３を接続したときの特性を線
Ｓ１２に示す。また、図８はノイズ測定回路における第
２の測定による結果を示す図である。ここでは、フィル
タを接続せずに測定した特性を線Ｓ２１に、コモンモー
ドフィルタ１２ａおよびノーマルモードフィルタ１２ｂ
の両方のフィルタを持つラインＸ１を接続したときの特
性を線Ｓ２２に示す。図７および図８から分かるよう
に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３が接続されるシステムで
は、コモンモードノイズは、無視できない程度に大き
い。

【００３６】したがって、本形態のＡＣラインフィルタ
１０のようにコモンモードノイズを効率良く低減できる
回路は、非常に有効と言える。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、ノイズ
抽出回路により抽出されたＡＣ電源ライン上のコモンモ
ードノイズを増幅し、その出力に応じてコモンモードチ
ョークコイルの第３の巻線に電流を供給して、第３の巻
線に逆相の起電力を与えるようにしたので、回路上のコ
モンモードノイズをキャンセルできる。したがって、コ
モンモードチョークコイルのインダクタンスを大きくす
ることなくＬＰＦとしての機能を高めることができ、同
時に電力損失を低減できる。

【００３８】また、コモンモードノイズ用のコンデンサ
をフレームグランドとの間に接続する必要がないので、
漏洩電流の心配がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＡＣラインフィルタの概念図である。

【図２】ＡＣラインフィルタの具体的な構成を示す回路
図である。

【図３】図２のコモンモードチョークコイルの第３の巻
線をオープンにした状態におけるＡＣラインフィルタの
ゲインの周波数特性を示す図である。

【図４】図２のＡＣラインフィルタのコモンモードチョ
ークコイルの第３の巻線を接続した状態におけるゲイン
の周波数特性を示す図である。

【図５】電流供給回路の他の構成例を示す回路図であ
る。

【図６】ノイズ測定回路の構成を示すブロック図であ
る。

【図７】ノイズ測定回路における第１の測定による結果
を示す図である。

【図８】ノイズ測定回路における第２の測定による結果
を示す図である。

【図９】一般的なＡＣラインフィルタの構成を示す回路
図である。

【符号の説明】

１・・・ＡＣラインフィルタ、１Ｌ・・・liveライン、
１Ｎ・・・neutral ライン、１Ｅ・・・earth 、２・・
・コモンモードチョークコイル、２ｃ・・・（第３の）
巻線、３・・・ＨＰＦ（High Pass Filter）、４・・・
ノイズ増幅回路、５・・・電流供給回路、１０・・・Ａ
Ｃラインフィルタ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＡＣ電源ライン上のノイズを除去するＡ
   Ｃラインフィルタにおいて、 第３の巻線が追加されたコモンモードチョークコイル
   と、 前記ＡＣ電源ライン上のコモンモードノイズを抽出する
   ノイズ抽出回路と、 前記抽出されたコモンモードノイズを増幅するノイズ増
   幅回路と、 前記ノイズ増幅回路の出力に応じて前記コモンモードチ
   ョークコイルの第３の巻線に逆相の起電力を与えるため
   の電流を供給する電流供給回路と、 を有することを特徴とするＡＣラインフィルタ。
2. 【請求項２】 前記ノイズ抽出回路は、ＨＰＦ（High P
   ass Filter）であることを特徴とする請求項１記載のＡ
   Ｃラインフィルタ。
3. 【請求項３】 前記ノイズ抽出回路は、前記neutral ラ
   インとフレームグランド間のコモンモードノイズを抽出
   するように設けられていることを特徴とする請求項１記
   載のＡＣラインフィルタ。
4. 【請求項４】 前記電流供給回路は、前記電流を前記第
   ３の巻線に供給するトランジスタと、前記トランジスタ
   のバイアス電流を調節する可変抵抗器と、を有すること
   を特徴とする請求項１記載のＡＣラインフィルタ。
5. 【請求項５】 ＡＣ電源ライン上のノイズを除去するＡ
   Ｃラインフィルタにおいて、 互いに直列な第３の巻線および第４の巻線が追加された
   コモンモードチョークコイルと、 neutral ラインのコモンモードノイズを抽出するノイズ
   抽出回路と、 前記抽出されたコモンモードノイズを増幅するノイズ増
   幅回路と、 前記ノイズ増幅回路の出力に応じて前記コモンモードチ
   ョークコイルの第３の巻線および第４の巻線に逆相の起
   電力を与えるための電流をPush Pull ドライブにより供
   給する電流供給回路と、 を有することを特徴とするＡＣラインフィルタ。