WO2021214831A1 - 電力変換装置および空気調和機 - Google Patents

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noise
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power conversion
conversion device
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佑介 山梶
郁朗 菅
智 一木
有澤　浩一
辰也 山中
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a power converter and an air conditioner.
  • Patent Document 1 when the switching element of the inverter and the inductor are arranged at separate positions, the switching element and the inductor are connected by a cable. do. At that time, as a noise countermeasure for the inverter, a ferrite core is attached to the cable in order to suppress noise propagating in the cable.
  • the present disclosure has been made to solve such a problem, and an object of the present disclosure is to reduce noise propagating to the outside of the power conversion device.
  • the power conversion device connects at least one external electrode, a switching element, a noise filter connected between at least one external electrode and the switching element, and at least one external electrode and a noise filter. It includes at least one first wiring, a second wiring for connecting the noise filter and the switching element, and a magnetic filter attached to the second wiring.
  • the attenuation characteristic of the noise filter is A [dB]
  • the attenuation characteristic due to the spatial coupling between at least one first wiring and the second wiring located between the switching element and the magnetic filter is B [dB]
  • the damping characteristic A and the damping characteristic B satisfy the relationship of B ⁇ A.
  • the noise filter it is possible to increase the noise propagating to the outside of the power conversion device through the noise filter. As a result, even if it is incorporated in the power conversion device, the attenuation characteristics of the noise filter as designed can be obtained, so that the power conversion device can be reduced in size and cost.
  • FIG. It is a figure which shows the 1st example of the power conversion apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the 2nd example of the power conversion apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows schematic the time waveform of the voltage applied to a switching element. It is a figure which shows schematic the frequency spectrum obtained by Fourier transforming the time waveform shown in FIG. It is a figure which shows the 1st configuration example of a noise filter. It is a figure which shows the 2nd configuration example of a noise filter. It is a figure which shows the 1st configuration example of the step-up DC-DC converter to which the power conversion apparatus according to Embodiment 1 is applied.
  • FIG. 5 is a plan view showing a first example in which a power conversion device according to the first embodiment is mounted on a printed circuit board.
  • FIG. It is a figure which shows the measurement result of the noise terminal voltage in the power conversion apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view which shows the 2nd example which mounted the power conversion apparatus according to Embodiment 1 on a printed circuit board. It is a circuit diagram which extracted and showed the component which affects a common mode component from a noise filter. It is a figure which shows the measurement result of the attenuation characteristic with respect to the common mode of the noise filter shown in FIG. It is the figure which extracted and showed the component which affects a normal mode component from a noise filter. It is a figure which shows the measurement result of the attenuation characteristic with respect to the normal mode of the noise filter shown in FIG.
  • FIG. 1 shows typically the 1st structural example of an air conditioner.
  • FIG. 2nd structural example of the air conditioner shows typically the 2nd structural example of the air conditioner. It is a circuit diagram for demonstrating the attachment position of a ferrite core to a cable.
  • FIG. It is a figure which shows typically the 3rd structural example of the air conditioner. It is sectional drawing which shows the structural example of the cable according to Embodiment 9.
  • FIG. It is a figure which shows the relationship between the parallel running distance of 2 wirings, the distance between wirings, and mutual inductance. It is a figure which shows the configuration example which arranges the power conversion device between a solar panel and a storage battery.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first example of a power conversion device according to the first embodiment.
  • the power conversion device according to the first example includes external electrodes 1 to 4, noise filter 5, switching element 6, magnetic filter 7, first wiring 100, 101, and second wiring.
  • the 103 and the third wirings 106 and 107 are provided.
  • the first wiring 100 is connected between the external electrode 1 and the first input terminal 5a of the noise filter 5.
  • the first wiring 101 is connected between the external electrode 2 and the second input terminal 5b of the noise filter 5.
  • the third wiring 106 is connected between the first output terminal 5c of the noise filter 5 and the external electrode 3.
  • the third wiring 107 is connected between the second output terminal 5d of the noise filter 5 and the external electrode 4.
  • the first terminal of the magnetic filter 7 is connected to the third wiring 106.
  • the second wiring 103 is connected between the second terminal of the magnetic filter 7 and the first terminal of the switching element 6.
  • the second terminal of the switching element is connected to the third wiring 107. That is, the magnetic filter 7, the second wiring 103, and the switching element 6 are connected in series between the third wiring 106 and the third wiring 107 in this order.
  • there is electrical continuity between the first wiring 100, the third wiring 106, and the second wiring 103 and there is electrical continuity between the first wiring 101 and the third wiring 107.
  • the fact that there is electrical continuity means that the DC resistance is infinite, and in reality, the resistance value when measured with a tester or the like is smaller than at least 1 M ⁇ .
  • A be the attenuation characteristic between the input and output of the noise filter 5.
  • B the attenuation characteristic due to spatial propagation between the wirings.
  • the attenuation characteristic of the filter is a characteristic proportional to the ratio of the power of the noise output from the filter to the power of the electromagnetic noise (hereinafter, also simply referred to as “noise”) input to the filter. say. That is, the fact that the noise filter 5 and the spatial propagation have a large attenuation characteristic means that the power of the output noise is smaller than the power of the input noise.
  • the ratio of the power of the output noise to the power of the input noise is expressed using a logarithm because the output is a very small value such as 1/1000 with respect to the input 1. Specifically, if the power of the input noise is Win [W] and the power of the output noise is Wout [W], it is expressed as 10 ⁇ log 10 (Wout / Win).
  • the first wirings 100 and 101, the second wiring 103, and the magnetic filter 7 are arranged so that the damping characteristic B is smaller than the damping characteristic A (B ⁇ A).
  • the noise power is proportional to the square of the voltage or the square of the current
  • the above relationship can be expressed by the voltage ratio or the current ratio. In this case, it can be expressed as 20 ⁇ log 10 (Vout / Vin).
  • Vout / Vin the voltage ratio or the current ratio.
  • the wavelength with respect to the frequency if the dimensions are about the same with respect to the wavelength, it is considered as a distribution constant. In such a distributed constant, the voltage and current values differ depending on the position of the measurement point. Therefore, it is generally desirable to consider the power (current ⁇ voltage) that is constant even in the distributed constant circuit.
  • S-parameters also called scattering matrix, also called Scattering Parameter
  • a network analyzer or a method applying the network analyzer for example, an impedance analyzer
  • a method using an LCR meter or a TDR (Time Domain Reflectometry) method can also be used.
  • FIG. 2 is a diagram showing a second example of the power conversion device according to the first embodiment.
  • the power conversion device according to the second example is a power conversion device according to the first example shown in FIG. 1 with the reactor 8 added.
  • the first terminal is connected to the third wiring 106, and the second terminal is connected to the first terminal of the second wiring 105.
  • the second terminal of the second wiring 105 is connected to the first terminal of the magnetic filter 7.
  • the first terminal of the second wiring 104 is connected between the second terminal of the magnetic filter 7 and the first terminal of the switching element 6.
  • the second terminal of the switching element 6 is connected to the third wiring 107. That is, the reactor 8, the second wiring 105, the magnetic filter 7, the second wiring 104, and the switching element 6 are connected in series between the third wiring 106 and the third wiring 107 in this order.
  • A be the attenuation characteristic of the noise filter 5.
  • the attenuation characteristic due to spatial propagation between the wirings is defined as B. ..
  • the first wirings 100 and 101, the second wiring 104, and the magnetic filter 7 are arranged so that the damping characteristic B is smaller than the damping characteristic A (B ⁇ A).
  • the power conversion device has a circuit configuration of a single-phase two-wire input and a single-phase two-wire output.
  • a power supply device such as a battery, a commercial power supply, or a solar panel, or a power conversion device such as an AC-DC converter described later may be connected to the external electrodes 1 and 2.
  • Power is supplied to the external electrodes 1 and 2 by these devices.
  • the external electrodes 3 and 4 are electrodes (terminals) that output the power generated by the power conversion device, and output DC power, AC power, or AC power on which DC power is superimposed.
  • the current input to the external electrodes 1 and 2 is in the opposite direction from the external electrode 2 according to Kirchhoff's law. It is output with a current value equal to.
  • a load such as a rotating machine or a battery, or a power conversion device such as a DC-DC converter or an AC-DC converter may be connected to the external electrodes 3 and 4.
  • the external electrodes 1 and 2 are single-phase two-wire inputs
  • the external electrodes 3 and 4 are single-phase two-wire outputs.
  • the number of external electrodes should be changed for both the input and the output. It is also possible to correspond to general single-phase three-wire, three-phase three-wire, three-phase four-wire, and the like. In any configuration, the effect of the first embodiment can be obtained.
  • the conduction noise is caused by noise (switching noise) generated at the moment when the switching element 6 is turned on or off.
  • the noise includes the switching element 6 to the second wiring 104, the magnetic filter 7, the second wiring 105, the reactor 8, the third wiring 106, the noise filter 5, and the third wiring 107. 1 Return to the switching element 6 through the propagation path P1.
  • the noise that cannot be completely removed by the noise filter 5 in the first propagation path P1 passes through the second propagation path P2.
  • the second propagation path P2 flows from the switching element 6 to the external electrode 1 through the second wiring 104, the magnetic filter 7, the second wiring 105, the reactor 8, the third wiring 106, the noise filter 5, and the first wiring 100. This is a path that returns to the switching element 6 through the external electrode 2, the first wiring 101, the noise filter 5, and the third wiring 107.
  • the third propagation path P3 flows from the switching element 6 through the second wiring 104, the magnetic filter 7, the second wiring 105, the reactor 8 and the third wiring 106 to the external electrode 3, and is connected to the external electrodes 3 and 4. This is a path that returns to the switching element 6 through the external electrode 4 and the third wiring 107 after passing through the load.
  • the conduction noise propagates through the noise filter 5 and the wiring.
  • the same can be considered for other power conversion devices.
  • a semiconductor element is used for the switching element 6.
  • semiconductor elements semiconductor elements used in power conversion devices are also referred to as "power semiconductor elements".
  • Power semiconductor devices include those having a rectifying action such as a diode, those having an amplifying action such as an amplifier, and those having an action of conducting / blocking a current.
  • the switching element 6 is a power semiconductor element having a rectifying action and a current conducting / blocking action.
  • Si silicon
  • wide bandgap semiconductors such as SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), SiO (silicon oxide), and C (carbon) can be used as the material of the power semiconductor element.
  • an IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the switching element 6 (power semiconductor element) is mounted on a printed circuit board.
  • the printed circuit board is on a dielectric formed of glass epoxy (FR-4: Flame Retardant Type 4) or paper phenol (FR-1,2), paper epoxy (FR-3), glass composite (CEM3), etc.
  • FR-4 Flame Retardant Type 4
  • FR-1,2 paper phenol
  • FR-3 paper epoxy
  • CEM3 glass composite
  • a wiring made of a conductor such as copper or aluminum is formed.
  • FR-4 is a glass fiber cloth impregnated with an epoxy resin and has a relative permittivity of about 4.
  • a snubber circuit can also be used to reduce ringing and the like generated by the switching element 6. However, care must be taken because the power conversion efficiency decreases when a snubber circuit is used. Further, a heat dissipation mechanism such as a heat dissipation fin can be provided for heat dissipation of the switching element 6.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a time waveform of a voltage applied to the switching element 6.
  • the switching element 6 is an IGBT
  • a gate signal from a gate drive circuit not shown
  • the switching element 6 is turned on, the collector-emitter voltage drops to 0%, and the collector-emitter current is generated. Flows.
  • the gate signal is turned off, the switching element 6 is turned off, the current is cut off, and the collector-emitter voltage rises to 100%.
  • the waveform shown in FIG. 3 can be created.
  • the switching element 6 is a MOSFET, the current between the drain and the source is conducted or cut off according to the on / off of the gate signal input from the gate drive circuit.
  • the switching element 6 When Si is used as the material of the power semiconductor element, the switching element 6 can be composed of an IGBT in order to obtain a dielectric strength. On the other hand, when a wide bandgap semiconductor is used as the material, the switching element 6 can be configured by a MOSFET that can be easily driven at high speed because the dielectric strength is high as a material characteristic.
  • a power semiconductor element is called a switching element because it becomes a switch that conducts / cuts off current by turning on / off the gate signal. Then, by operating the switching element, magnetic energy is stored in the reactor (also referred to as coil, inductor or inductance) connected to the switching element, and the magnetic energy is discharged from the reactor to generate desired output power. can do.
  • the reactor also referred to as coil, inductor or inductance
  • the operating frequency of the switching element (hereinafter, also referred to as a drive frequency) is usually set to about 10 kHz to 100 kHz due to the relationship between heat generated by switching loss and heat dissipation.
  • the drive frequency is usually set to about 30 kHz to 1 MHz.
  • a high output voltage means a voltage of DC 300 V or more.
  • the switching element is composed of a semiconductor, a bonding wire extending from the semiconductor, and a lead wire connected to the bonding wire, and the bonding wire and the lead wire are also of the second wiring. You can think of it as a part.
  • the collector-emitter voltage drops from 500V to 0V within a time of about 30ns to 100ns at turn-on, and increases from 0V to 500V within a time of about 30ns to 100ns at turn-off.
  • the switching element 6 is a MOSFET
  • the drain-source voltage drops from 500V to 0V within a time of several ns to 30ns at turn-on, and 0V within a time of several ns to 30ns at turn-off. It rises from to 500V.
  • the current shows a time change opposite to the time change of the voltage described above. Therefore, when the switching element 6 is turned on, the voltage drops to 0V and the current increases from 0A to several tens of A.
  • the time waveforms of the voltage and current at this time have a trapezoidal wave shape as shown in FIG.
  • one cycle T 0 of the voltage waveform corresponds to the reciprocal of the drive frequency of the switching element 6.
  • the voltage rise time is set to the time from 0% to 100% (time from time-t2 / 2 to time-t1 / 2)
  • the voltage fall time is set to 100% to 0%.
  • the time time from time t1 / 2 to time t2 / 2 is defined, the definitions of rise time and fall time are not limited to this.
  • ringing In the actual switching operation, ringing (overshoot and undershoot) occurs at the time of rising and falling, so the time waveform of voltage and current may not ideally be trapezoidal. Ringing is a high-frequency component (noise) superimposed on a trapezoidal wave, and depends exclusively on the design of the device such as the residual inductance of the wiring. Therefore, in this embodiment, ringing is ignored and the time waveforms of voltage and current are treated as ideal trapezoidal waves.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a frequency spectrum obtained by Fourier transforming the time waveform shown in FIG.
  • the horizontal axis is the frequency and the vertical axis is the voltage, and both logarithms are taken.
  • the Fourier transform shall be performed in a state where both ends of the time waveform are equal values (usually 0V or 0A). If both ends of the time waveform are not equal, a window function such as a humming window or hanning window is applied to the time waveform.
  • the frequency spectrum shown in FIG. 4 has a constant amplitude in the frequency range of 0 [Hz] to 1 / ( ⁇ T 0) [Hz].
  • the amplitude envelope decreases by -20 dB when the frequency increases 10 times (this is-). Also referred to as 20 dB / dec).
  • the envelope of the amplitude is reduced by ⁇ 40 dB / dec.
  • the time waveform of the voltage or current during the switching operation has a wide frequency component from a low frequency component to a high frequency component.
  • frequency components of 1 / ( ⁇ T 0 ) [Hz] or higher correspond to noise and should be reduced.
  • the rise time and fall time of the time waveform are different so as not to underestimate the noise, it is preferable to calculate the frequency component using the shorter time.
  • the waveform after Fourier transform may be used for evaluation instead of the envelope.
  • the wiring between the switching element 6 and the reactor 8 shall be designed so that the wiring pattern on the printed circuit board constituting the wiring and the wiring length of the cable are as short as possible. Is required.
  • the reactor 8 is arranged close to the heat radiating plate or the heat radiating fin for heat dissipation, it is often actually arranged apart from the switching element 6 mounted on the printed circuit board. Further, since the reactor 8 is formed of a magnetic material such as an iron-based material and has a large weight, the reactor 8 may be arranged outside the printed circuit board in order to avoid deformation of the printed circuit board. In the present embodiment, it is considered that the reactor 8 is composed of a wiring portion wound around a magnetic material and a lead wire extending from the wiring portion, and the lead wire may also be considered as a part of the second wiring. ..
  • the magnetic filter 7 can be mounted between the switching element 6 and the reactor 8.
  • the wiring pattern forming the second wiring 104 between the switching element 6 and the magnetic filter 7 or the wiring length of the cable and the wiring routing are designed.
  • the noise propagation characteristic (attenuation characteristic B) due to the magnetic coupling between the second wiring 104 and the first wirings 100 and 101 is lowered to be smaller than the attenuation characteristic A of the noise filter 5 (B ⁇ A). More preferably, the attenuation characteristic B is designed so that B [dB] + 6 dB ⁇ A [dB]. By setting the attenuation characteristic B with a margin of 6 dB or more in this way, it is significant between the attenuation characteristic A and the attenuation characteristic B in consideration of manufacturing errors or measurement errors such as routing of cables and wiring patterns. Can make a difference.
  • the frequency characteristics of the magnetic filter 7 generally vary depending on the material.
  • Mn—Zn-based ferrite, Ni—Zn-based ferrite, or the like is used depending on the drive frequency of the switching element 6.
  • Mn—Zn-based ferrite can reduce noise of about 1 kHz to 1 MHz.
  • Ni—Zn-based ferrite can reduce noise of about 1 MHz to 300 MHz.
  • a normal mode choke coil, ferrite beads, or the like is mounted as the magnetic filter 7 on the second wiring 103 of the first example (see FIG. 1) and the second wirings 104 and 105 of the second example (see FIG. 2). Can be done.
  • the magnetic filter 7 can be mounted in a non-contact manner by winding the cable in a state where the second wiring 104 and the second wiring 105 are connected like the ferrite core.
  • the magnetic material may be magnetically saturated as the current capacity increases, a magnetic material filter 7 that does not magnetically saturate at the maximum rated current of the power converter is used.
  • Magnetic saturation can be avoided by providing a gap (void) in the magnetic material or by using a magnetic material having a small relative magnetic permeability.
  • magnetic saturation can be avoided by providing a heat dissipation mechanism in the magnetic material or by using a magnetic material having a large cross-sectional area.
  • use a magnetic material such as the spike killer (amorphous magnetic material) manufactured by Toshiba Materials Co., Ltd., which is difficult to saturate, does not easily retain magnetic energy, and has a small back electromotive force (small noise) when the current is off. You can also.
  • a gap may be formed in the magnetic filter 7.
  • a cancel winding, a bifara winding, or the like can be used as the winding method when the wiring is attached to the magnetic filter 7.
  • a split type ferrite core may be used so that the magnetic filter 7 can be retrofitted to the cable or the like.
  • the impedance at the target frequency is large.
  • the impedance of the magnetic filter 7 is given at 2 ⁇ fL (f is a frequency [Hz]), where L is the self-inductance of the magnetic filter 7.
  • L is the self-inductance of the magnetic filter 7.
  • the self-inductance of the cable is about 1 nH / mm, which is smaller than the self-inductance of the magnetic filter 7, the effect of the magnetic filter 7 can be obtained regardless of the inductance value of the magnetic filter 7.
  • ⁇ Noise filter> At least one of a common mode choke coil, a normal mode choke coil, a line capacitor (also referred to as an X capacitor), a ground capacitor (also referred to as a Y capacitor), and a resistance element can be used for the noise filter 5. .. Since parts used for measures against dielectric lightning such as varistor or arrester have a capacitance component of about several 0.1 pF to several 100 pF, these parts can be used as a line capacitor or a ground capacitor.
  • FIG. 5 is a diagram showing a first configuration example of the noise filter 5.
  • the noise filter 5 according to the first configuration example includes input terminals 9, 10, output terminals 11, 12, line capacitors 13-1, 13-2, 13-3, and ground capacitors 14-1. , 14-2, 14-3, 14-4, 14-5, 14-6 and common mode choke coils 15-1, 15-2.
  • the line capacitors 13-1, 13-2, and 13-3 are collectively referred to as the line capacitors 13.
  • Ground-to-ground capacitors 14-1, 14-2, 14-3, 14-4, 14-5, 14-6 are also collectively referred to as ground-to-ground capacitors 14.
  • the common mode choke coils 15-1 and 15-2 are collectively referred to as the common mode choke coil 15.
  • the input terminal 9 is connected to the external electrode 1, and the input terminal 10 is connected to the external electrode 2.
  • the output terminal 11 is connected to the external electrode 3, and the output terminal 12 is connected to the external electrode 4.
  • the ground-to-ground capacitor 14 may be a reference potential in a housing or a printed circuit board that serves as a reference potential for the power conversion device, and does not necessarily have to be connected to the ground (ground, ground potential). Noise attenuation characteristics can be improved by arranging the ground-to-ground capacitors 14 in multiple stages. Further, by connecting two ground-to-ground capacitors 14 in series with respect to the line, it can also function as a part of the line capacitor.
  • FIG. 6 is a diagram showing a second configuration example of the noise filter 5.
  • the noise filter 5 according to the second configuration example includes input terminals 9, 10, output terminals 11, 12, line capacitors 13-1, 13-2, ground capacitors 14, and a common mode choke coil 15. It also has a normal mode choke coil 16.
  • the normal mode choke coil may be magnetically saturated and the characteristics as a filter may be significantly deteriorated. Therefore, it is desirable to design the normal mode choke coil so that it does not magnetically saturate even when the maximum rated current flows.
  • a noise filter such as a single-phase three-wire, three-phase three-wire, or three-phase four-wire can be similarly designed.
  • the cable may be either a single wire or a stranded wire such as a litz wire. Copper, aluminum or iron, which have high conductivity, is generally used as the material of the cable, but an alloy of these or another material may be used.
  • the wire diameter of the conducting wire may be any wire diameter that allows the maximum rated current to flow.
  • the thickness and material of the covering member that covers the outer circumference of the conductor are not limited. However, considering that the dielectric breakdown withstand voltage of the conducting wire is about 1 kV / mm, it is necessary to prevent the dielectric breakdown withstand voltage of the covering member from becoming smaller than this.
  • a connector such as a Faston terminal is attached to the tip of the cable by crimping, screwing, or soldering.
  • a terminal block or bolts and nuts can be used.
  • the contact resistance will increase and the cable or parts may be damaged by heat. Therefore, it is necessary to connect the cable and other parts so that the contact resistance becomes small.
  • the contact force between parts is Ftc [N] and the contact resistance is Rtc [ ⁇ ]
  • Rtc is proportional to 1 / ⁇ Ftc. That is, the contact resistance decreases as the contact force increases.
  • ⁇ Load> Another power conversion device, a rotating machine (motor, compressor, etc.) or a secondary battery is connected as a load to the external electrodes 3 and 4 of the power conversion device according to the first embodiment.
  • ICs that consume electric power to execute calculations, electric heaters such as heating wires, light sources, or sensors are connected to the external electrodes 3 and 4.
  • Conduction noise generally refers to a high-frequency signal propagating via a cable such as a power supply line connected to the outside of an electronic device on which a power conversion device is mounted.
  • Randomtion noise generally refers to a high frequency signal propagating to the outside of a device via space.
  • Conduction noise is also referred to as noise terminal voltage, conduction emission, conduction EMI, conduction interference wave, interference power, noise power, and the like.
  • Radiation noise is also referred to as radiation emission, radiation EMI, radiation jamming, jamming power, and the like.
  • Embodiment 1 is also valid for other standards.
  • Conduction noise is measured by measuring the output of a pseudo power network (also referred to as LISN or AMN) with a measuring instrument such as a spectrum analyzer or EMI receiver.
  • a pseudo power network also referred to as LISN or AMN
  • a measuring instrument such as a spectrum analyzer or EMI receiver.
  • a receiving antenna is installed at a distance of 1 m to 10 m from the electronic device, and the electromagnetic wave output from the electronic device is received by the receiving antenna.
  • the antenna end voltage is measured according to peak (PK: PEAK) detection, quasi-peak (QP: QUASI PEAK) detection, and average value (AV: AVERAGE) detection, and horizontal polarization or vertical polarization is measured. Further, in consideration of the directivity of the radio wave, the measurement is performed using a turntable or a device for measuring the height pattern.
  • CISPR Comite International Special des Perturbations Radio /10, CISPR14, CISPR15, CISPR25, CISPR32, and IEC (International Electrotechnical Commission).
  • IEC International Electrotechnical Commission
  • the standard of conduction noise is defined in the range of 150 kHz to 30 MHz.
  • the IEC further defines radiation noise standards in the range of 30 MHz to 1 GHz.
  • High-frequency noise may interfere with the operation of electronic devices and may destroy the electronic circuits inside the electronic devices, so standards have been established to prevent these problems from occurring.
  • the Electrical Appliance and Material Safety Law defines switching noise standards in the range of 500 kHz or higher
  • CISPR defines switching noise standards in the range of 150 kHz or higher. According to the power conversion device according to the first embodiment, noise in these frequency ranges can be reduced.
  • the power converter according to the first embodiment can construct the following four types of power converters by using a power semiconductor element for the switching element 6.
  • the first power converter is a DC-AC converter (also called an inverter), which generates drive power for a motor or coil including a compressor.
  • the second power converter is an AC-DC converter, which is used to charge a secondary battery or the like from a commercial power source.
  • the third power converter is a DC-DC converter, which performs a step-up operation and / or a step-down operation so as to output a desired DC voltage.
  • the fourth power converter is an AC-AC converter (also referred to as a matrix converter), which can generate an AC power source having a desired frequency.
  • the power converter can be configured by combining a plurality of types of power converters. For example, by combining an AC-DC converter and a DC-AC converter, the power converter can generate an alternating current (AC) of any frequency from a commercial alternating current power supply (AC) to drive the rotating machine. Can be done. Further, by using the AC-DC converter, the boost DC-DC converter, and the DC-AC converter, a converter having high power conversion efficiency can be configured.
  • AC alternating current
  • AC commercial alternating current power supply
  • a gate drive IC is generally used to control the on / off of the switching element included in the power converter.
  • the gate drive IC is configured to control the gate voltage or gate current of the switching element.
  • the above four types of power converters include those in which the input and output are not insulated and those in which the input and output are insulated. Unless otherwise specified in Embodiment 1, a non-insulated power converter shall be used. Even if an insulated power converter is used, the effect according to the first embodiment can be obtained.
  • DC-DC converter Among DC-DC converters, those that are small and used as power supplies for electronic devices are also called switching regulators.
  • the power conversion device according to the first embodiment can be applied to a switching regulator.
  • the control of the switching regulator may be any of a current continuous mode, a current discontinuous mode, and a current critical mode.
  • each of the step-up DC-DC converter, the step-down DC-DC converter, the step-up / down pressure DC-DC converter, and the four-quadrant chopper circuit will be described in order.
  • FIG. 7 is a diagram showing a first configuration example of a boosted DC-DC converter to which the power conversion device according to the first embodiment is applied.
  • the step-up DC-DC converter shown in FIG. 7 is obtained by adding a diode 17 and a smoothing capacitor 18 to the power conversion device (see FIG. 2) according to the second example.
  • the diode 17 the anode is connected to the second wire 105 and the cathode is connected to the third wire 106.
  • the smoothing capacitor 18 is connected between the third wiring 106 and the third wiring 107.
  • the reactor 8 stores the energy of the DC power supply supplied via the external electrode 1 as magnetic energy in response to the turn-on of the switching element 6.
  • the reactor 8 releases the stored magnetic energy. Since the emitted magnetic energy is superimposed on the output voltage of the DC power supply, the step-up DC-DC converter can output a voltage higher than the output voltage of the DC power supply.
  • the smoothing capacitor 18 When the voltage is output, the voltage is also applied to both ends of the smoothing capacitor 18, so that electrical energy is stored in the smoothing capacitor 18. When the output voltage drops, the smoothing capacitor 18 releases the stored electrical energy. Thereby, the output voltage can be stabilized.
  • the smoothing capacitor 18 a capacitor having a capacitance of about several hundred nF to several tens of mF can be used.
  • the diode 17 is provided to prevent current from flowing from the smoothing capacitor 18 to the input side when the switching element 6 is in the off state. As a result, it is possible to suppress a decrease in the output voltage.
  • the diode 17 is also referred to as a freewheeling diode.
  • the magnetic filter 7 is connected in series with the switching element 6 via the second wiring 104.
  • the magnetic filter 7 is connected to the reactor 8 and the diode 17 via the second wiring 105.
  • the reactor 8 and the magnetic filter 7 and the diode 17 are used. Will be connected by a cable. Therefore, the magnetic filter 7 does not necessarily have to be mounted on the printed circuit board.
  • the attenuation characteristic of the reactor 8 and the noise filter 5 combined can be regarded as the attenuation characteristic of the noise filter 5.
  • a strong magnetic field is formed around the reactor 8, when the reactor 8 and the noise filter 5 are brought close to each other by several mm to several cm, the damping characteristics of the noise filter 5 alone and the noise filter 5 are used. It is necessary to compare the damping characteristics due to the spatial coupling including the magnetic coupling with the reactor 8.
  • the attenuation amount in the latter attenuation characteristic cannot be significantly different from the attenuation amount of the noise filter 5 alone, it is necessary to provide a shield or the like.
  • the wiring that constitutes the reactor 8 as a part of the second wiring 105, the wiring that constitutes the diode 17 as a part of the second wiring 105, and the wiring that constitutes the switching element 6 as a part of the second wiring 104 You may consider it.
  • the reactor 8 since the reactor 8 is likely to be magnetically coupled to the magnetic material constituting the noise filter 5, the magnetic material filter and the like are designed according to the damping characteristics according to the present embodiment at the locations where the magnetic coupling is likely to occur as described above. There is a need to.
  • FIG. 8 is a diagram showing a second configuration example of a step-up DC-DC converter to which the power conversion device according to the first embodiment is applied.
  • the position of the magnetic filter 7 is different in the second configuration example shown in FIG. 8 as compared with the first configuration example shown in FIG. 7.
  • the magnetic filter 7 is connected to the switching element 6 and the diode 17 via the second wiring 104.
  • the total length of the second wiring 104 and the second wiring 104 connecting the switching element 6 and the reactor 8 is larger than the length of the second wiring 104 connecting the switching element 6 and the diode 17. It can be applied when it becomes long.
  • a magnetic filter 7 such as a ferrite core is provided on the cable.
  • the magnetic filter 7 having a large resistance component since the current flowing through the second wiring 104 is large, if the magnetic filter 7 having a large resistance component is used, the power conversion efficiency is lowered due to the heat generated by the magnetic filter 7.
  • a magnetic filter 7 having a large inductance component is used in order to increase the impedance component while reducing the resistance component, the magnetic energy stored in the magnetic filter 7 becomes a voltage source at the moment when the switching element 6 is turned off. Become.
  • back electromotive force is applied to both ends of the switching element 6, and a noise propagation path is formed due to the parasitic capacitance at both ends of the switching element 6, so that switching noise is likely to be generated. Therefore, it is desirable that the magnetic filter 7 has a small resistance component and is difficult to retain magnetic energy.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a step-down DC-DC converter to which the power conversion device according to the first embodiment is applied.
  • step-down DC-DC converter shown in FIG. 9, magnetic energy is stored in the reactor 8 when the switching element 6 is on, as in the step-down converter described above. At this time, due to the backflow prevention action of the diode 17 (reflux diode), a current flows only in the reactor 8. When the switching element 6 is turned off, the magnetic energy stored in the reactor 8 is released to the load. However, unlike the time of boosting, since the voltage and current on the power supply side are cut off by the switching element 6, it is possible to output the voltage stepped down to an arbitrary voltage according to the on-duty of the switching element 6.
  • the attenuation characteristics of the noise filter 5 and the second wiring 104 and the first wiring 100 or 101 Compare with the damping characteristics due to the spatial coupling of. It is necessary that the damping characteristic of the space coupling is smaller than the damping characteristic of the noise filter 5.
  • the attenuation characteristic due to spatial coupling can be made smaller than the attenuation characteristic of the noise filter 5. This makes it possible to enhance the apparent attenuation characteristic of the noise filter 5.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a buck-boost converter to which the power conversion device according to the first embodiment is applied.
  • the boost converter shown in FIG. 10 is similar to the boost converter shown in FIG. 7, but the power source is not connected between the external electrodes 1 and 2 when the magnetic energy stored in the reactor 8 is released. Different from boost converter. With such a configuration, the buck-boost converter can control the output voltage to 0 or more, and can be used for both the step-up circuit and the step-down circuit. However, it is necessary to use a reactor 8 having a large inductance value.
  • the magnetic filter 7 is connected to the second wiring 104.
  • the magnetic filter 7 is connected to the diode 17 and the reactor 8 via the second wiring 105.
  • a ferrite core or the like may be attached to the cable.
  • a magnetic filter 7 is provided.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a four-quadrant converter to which the power conversion device according to the first embodiment is applied.
  • a four-quadrant converter is a circuit capable of outputting any combination of positive (output) and negative (input) DC output voltage and positive and negative output current.
  • the four-quadrant converter shown in FIG. 11 controls the on / off of a plurality of switching elements to force and regenerate in the positive direction (the direction in which current flows from the external electrode 3 to the external electrode 4) and in the negative direction (external electrode). It is configured to be able to execute four types of operations of force running and regeneration (direction in which current flows from 4 to the direction of the external electrode 3).
  • the four-quadrant converter has four switching elements 6-1 to 6-4, a reactor 8, four magnetic filter 7-1 to 7-4, and a noise filter 5. ..
  • the four-quadrant converter has first wiring 100, 101, second wiring 104, 105, 109 to 112, and third wiring 106, 107.
  • the magnetic filter 7-1 is connected to the switching element 6-1 via the second wiring 104, and is connected to the reactor 8 via the second wiring 111.
  • the magnetic filter 7-2 is connected to the switching element 6-2 via the second wiring 105, and is connected to the reactor 8 via the second wiring 111.
  • the magnetic filter 7-3 is connected to the switching element 6-3 via the second wiring 109, and is connected to the reactor 8 via the second wiring 112.
  • the magnetic filter 7-4 is connected to the switching element 6-4 via the second wiring 110, and is connected to the reactor 8 via the second wiring 112.
  • the attenuation characteristic due to spatial coupling can be made smaller than the attenuation characteristic of the noise filter 5, so that the attenuation characteristic of the noise filter 5 can be substantially enhanced.
  • Such a configuration can be realized by routing the first wirings 100, 101 and the second wirings 104, 105, 109, 110 together with the positions where the magnetic filters 7-1 to 7-4 are connected. ..
  • the wiring distance between the first wiring 100, 101 and any of the second wiring 104, 105, 109, 110 can be separated, the spatial coupling can be reduced, so that some switching elements can be used. Only the magnetic filter 7 can be provided.
  • a magnetic filter 7-1 is attached between the second wirings 111 between the second wirings 104 and 105 and the reactor 8, and the second wirings 110 and 112 and the external electrode 4 are attached to each other.
  • a magnetic filter 7-2 may be attached between them.
  • the second wiring 106, 107 is connected to the magnetic filter 7-3,7-. 4 may be attached.
  • FIG. 12 shows a configuration in which a magnetic filter is attached to each of the second wirings 106 and 107
  • the second wirings 106 and 107 are wound around one magnetic component (for example, a ring-shaped core).
  • a configuration that is, a configuration using a common mode filter may be used.
  • the second wirings 110 and 112 may be wound around one magnetic component.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a full bridge converter to which the power conversion device according to the first embodiment is applied.
  • magnetic filters 7-1 to 7-4 are provided for each of the four switching elements 6-1 to 6-4, as in the case of the four-quadrant converter shown in FIG. Be done.
  • the full bridge converter differs from the four quadrant converter in that it has a transformer 19, a smoothing capacitor 18, and a diode bridge 20.
  • the transformer 19 is connected between the second wiring 111 and the second wiring 112. Since the primary winding of the transformer 19 can be regarded as a reactor, the power conversion device according to the first embodiment can be applied.
  • a diode bridge 20 is connected to the secondary winding of the transformer 19. The voltage full-wave rectified by the diode bridge 20 is converted into a DC voltage by passing through the reactor 8 and the smoothing capacitor 18. By using a full bridge converter, a DC voltage of about several kV can be easily created.
  • noise propagated by spatial coupling can be prevented by providing a magnetic filter between the switching element and the reactor in other isolated DC-DC converters such as flyback converters and forward converters. Can be reduced. As a result, it is possible to suppress a decrease in the attenuation characteristics of the noise filter 5.
  • FIG. 14 is a diagram showing a first configuration example of an AC-DC converter to which the power conversion device according to the first embodiment is applied.
  • the AC-DC converter has four switching elements 6-1 to 6-4.
  • Four magnetic filter 7-1 to 7-4 are provided corresponding to the four switching elements 6-1 to 6-4.
  • the magnetic filter 7-1 to 7-4 can reduce the noise propagated by the spatial coupling between the first wiring 100, 101 and the second wiring 104, 105, 109, 110.
  • the spatial coupling can be efficiently reduced.
  • the AC-DC converter may be composed of a diode bridge instead of a switching element.
  • a diode bridge is not suitable for a switching circuit through which a large current flows because the loss due to the threshold voltage (resistance component) of the diode is large. Therefore, when a diode is used as a part of the switching element or when a switching element is used as a part of the diode bridge (for example, a totem pole type AC-DC converter), the power conversion device according to the first embodiment is applied. be able to.
  • FIG. 15 is a diagram showing a step-up chopper composite rectifier circuit which is a second configuration example of an AC-DC converter to which the power conversion device according to the first embodiment is applied.
  • the step-up chopper composite rectifier circuit performs full-wave rectification of the AC voltage by a diode bridge composed of four diodes 17-1 to 17-4, and then converts it into a DC voltage by the reactor 8. Further, the DC voltage is boosted by a booster circuit including a switching element 6, a diode 17, and a smoothing capacitor 18.
  • the magnetic filter 7 between the switching element 6 and the reactor 8
  • the spatial coupling between the second wiring 104 and the first wirings 100 and 101 can be reduced.
  • the noise flowing between the external electrodes 1 and 2 can be reduced, so that the deterioration of the attenuation characteristics of the noise filter 5 can be suppressed.
  • FIG. 16 is a diagram showing a first configuration example of a DC-AC converter to which the power conversion device according to the first embodiment is applied.
  • FIG. 17 is a diagram showing a second configuration example of a DC-AC converter to which the power conversion device according to the first embodiment is applied.
  • FIG. 16 is a configuration example in which the power conversion device according to the first embodiment is applied to the single-phase inverter
  • FIG. 17 is a configuration example in which the power conversion device according to the first embodiment is applied to the three-phase inverter. Since there is no difference in the mounting method of the magnetic filter 7 between the single-phase inverter and the three-phase inverter, the first configuration example shown in FIG. 16 will be described below.
  • the magnetic filter 7-1 to reduce the spatial coupling between each of the second wirings 104, 105, 109, 110 and the first wirings 100, 101. 7-4 is provided.
  • the noise of the switching element 6-1 is propagated to the external electrode 3 through the second wiring 104 and returned from the external electrode 4 via the load connected between the external electrodes 3 and 4. Come on. Since the noise propagation path becomes long in this way, many spatial couplings are generated between the noise propagation paths and the first wirings 100 and 101. As a result, the attenuation characteristics when the noise filter 5 is connected to the switching elements 6-1 to 6-4 are deteriorated as compared with the attenuation characteristics of the noise filter 5 alone.
  • the attenuation characteristics of the noise filter 5 are deteriorated by providing the magnetic filters 7-1 to 7-4 for the switching elements 6-1 to 6-4, respectively. It can be suppressed.
  • the magnetic filters 7-1 to 7-4 having a large resistance component are used, the conversion efficiency is lowered. Further, when the magnetic materials filters 7-1 to 7-4 having a large inductance component are used, the magnetic energy stored in the magnetic material filters 7-1 to 7-4 becomes a voltage when the switching elements 6-1 to 6-4 are turned off. Become a source. As a result, a counter electromotive force is applied to both ends of the switching elements 6-1 to 6-4, and a noise propagation path is formed due to the parasitic capacitance at both ends of the switching elements 6-1 to 6-4. , It becomes easy to generate switching noise. Therefore, it is desirable that the magnetic filters 7-1 to 7-4 have a small resistance component and do not easily retain magnetic energy.
  • the magnetic filter 7- is connected to the second wirings 111 and 112. It may be configured to attach 1 and 7-2 respectively. As a result, the number of magnetic filters can be reduced.
  • the second wirings 111 and 112 may be wound around one magnetic filter 7-1. ..
  • the spatial coupling in the present embodiment is satisfied between the switching elements 6-1 to 6-4 and the noise filter 5.
  • the magnetic filter 7-2 may be provided.
  • the magnetic filter 7-2 is described as a common mode filter through which the third wirings 106 and 107 are passed through one magnetic filter.
  • the magnetic filter is divided into the first magnetic filter. It may be configured to be attached as a normal mode filter to each of the three wirings 106 and 107.
  • AC-AC converter Although not shown, the power conversion device according to the first embodiment can be applied to the AC-AC converter.
  • AC-AC converters include cycloconverters and matrix converters. Since a switching element is also used in these converters, by providing a magnetic filter in the vicinity of the switching element, spatial coupling can be reduced, and as a result, the attenuation characteristics of the noise filter 5 can be improved. ..
  • the first embodiment shows a method of reducing the spatial propagation of noise caused by mutual inductance.
  • the magnetic coupling in the present embodiment means mutual inductance.
  • d indicates a minute amount
  • dt indicates a minute time
  • dI1 / dt indicates a change in current in a minute time. This change in current can be considered as a time change in noise current.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating the magnetic coupling between the two cables 26-1 and 26-2.
  • the mutual inductance M due to the magnetic coupling of the cables 26-1 and 26-2 can be derived by the above equation (1).
  • the cables 26-1 and 26-2 represent the first wiring 100, 101 and the second wiring 103, respectively, in the power conversion device according to the first embodiment.
  • the mutual inductance M can be expressed by the following equation (3).
  • the noise current flowing through one of the wirings When the time change dI / dt of the current (including the noise component) flowing through the wiring is not 0 in this way, the noise current flowing through one of the wirings generates a noise voltage in the conductor including the surrounding wirings.
  • This noise voltage further forms a circuit via a conductor or space, and the impedance of the circuit generates a noise current.
  • the second wiring 103 by reducing the magnetic field coupling between the second wiring 103 between the switching element 6 and the reactor 8 and the first wirings 100 and 101 between the external electrodes 1 and 2 and the noise filter 5 is reduced.
  • the noise current flowing through the first wiring is prevented from being mixed into the first wiring.
  • designing the positions of the noise filter 5 and the magnetic filter 7 and the wiring routing in consideration of the magnetic field coupling between the wirings is a concept not found in the prior art.
  • the magnetic filter 7 is provided in the second wiring 103 connecting the switching element 6 and the reactor 8 so as to be close to the switching element 6. And. Further, the wirings of the second wiring 103 and the first wirings 100 and 101 connecting the external electrodes 1 and 2 and the noise filter 5 are separated from each other.
  • the amount of noise propagation due to magnetic field coupling is reduced by increasing the distance between the wirings, but in the actual design, the attenuation characteristics of noise propagating in space due to magnetic field coupling are compared to the attenuation characteristics of the noise filter 5.
  • the mutual inductance M is designed so that
  • Parasitic capacitance also referred to as stray capacitance
  • stray capacitance always occurs between two or more conductors. In this embodiment, two conductors are considered for simplicity.
  • the parasitic capacitance C does not change unless the shape or dielectric constant of each conductor changes, or even if it changes, the amount of change is sufficiently smaller than dQ / dt and can be ignored. Therefore, C can be considered to be constant.
  • the connector When a large voltage is applied between the two conductors due to the load, the effect of electric field coupling cannot be ignored. In a system where a large voltage is applied, the connector also becomes large. As a result, the distance between the switching element 6 or the reactor 8 and the connector may be short. In such a system, it is necessary to consider not only magnetic field coupling but also electric field coupling. As a countermeasure, the connector is arranged at a position separated by a spatial distance from the switching element 6 or the reactor 8. As a result, the amount of noise current mixed due to the electric field coupling between the connector and the switching element 6 or the reactor 8 is reduced.
  • FIG. 23 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device equipped with the noise filter 5 shown in FIG.
  • the noise filter 5 is configured by combining a plurality of antistatic components such as an interline capacitor, an interground capacitor, a common mode choke coil, a normal mode choke coil, a diode, a resistor, and a varistor or an arrester.
  • the ground-to-ground capacitor is attached to the housing of the power converter. If there is no housing, the ground-to-ground capacitor is installed at the reference potential.
  • FIG. 24 is a plan view showing a first example in which the power conversion device according to the first embodiment is mounted on a printed circuit board.
  • a noise filter 5 a converter circuit 40, a reactor 8, an inverter circuit 31 and a control circuit 41 are mounted on the printed circuit board 43.
  • a switching element 6 is mounted on the converter circuit 40.
  • the reactor 8 and the printed circuit board 43 are connected by the second wiring 104.
  • a ferrite core 30 is mounted on the second wiring 104 as a magnetic filter 7.
  • the printed circuit board 43 is mounted with the first wirings 100 and 101 for connecting the external power supply to the external electrodes 9 and 10.
  • the position of the ferrite core 30 and / or the routing of the first wiring 100, 101 and the second wiring 104 is designed.
  • Third wirings 114 and 115 are connected to the output terminals 11 and 12 of the inverter circuit 31, respectively.
  • a load (not shown) is connected to the third wirings 114 and 115.
  • FIG. 25 is a diagram showing the measurement results of the noise terminal voltage in the power conversion device according to the first embodiment shown in FIGS. 23 and 24.
  • the horizontal axis of FIG. 25 indicates the frequency, and the vertical axis indicates the noise terminal voltage.
  • the test conditions are in accordance with CISPR14.
  • a ferrite core 30 is used as the magnetic filter 7.
  • the distance between each of the first wirings 100 and 101 and the second wiring 104 is widened from the initial value of 30 cm to 50 cm. Further, the distance between the ferrite core 30 and the switching element 6 of the converter circuit 40 is shortened from the initial value of 30 cm to 10 cm.
  • a non-divided toroidal type ferrite is used for the ferrite core 30.
  • the ferrite is wound twice around the second wiring 104 by bifara winding.
  • the waveform 33 in FIG. 25 shows the measurement result of the noise terminal voltage of the power conversion device according to the first embodiment, and the waveform 34 shows the measurement result of the noise terminal voltage of the power conversion device in the initial state.
  • Waveform 32 indicates a limit value of a standard defined by CISPR14.
  • a GaN power semiconductor element is used for the switching element 6. Therefore, resonance occurs in the vicinity of 10 MHz due to the influence of the size of the housing, the inductance of the reactor 8, and the parasitic capacitance between the reactor 8 and the housing.
  • the noise in the 10 MHz band has become more likely to occur.
  • the noise propagating to the outside of the power conversion device without passing through the noise filter 5 is reduced by reducing the spatial coupling by installing the magnetic filter 7 and designing the distance between the wirings. Can be reduced.
  • FIG. 26 is a plan view showing a second example in which the power conversion device according to the first embodiment is mounted on a printed circuit board.
  • a noise filter 5 an inverter circuit 31, a converter circuit 40, a reactor 8, and a smoothing capacitor 18 are mounted on the printed circuit board 43.
  • the first wirings 100 and 101 are connected between the external AC power supply and the noise filter 5.
  • the electric power from the AC power supply is supplied to the inverter circuit 31 via the noise filter 5.
  • the inverter circuit 31 converts AC power into DC power and outputs it.
  • the converter circuit 40 converts this DC power into AC power of an arbitrary frequency and supplies it to the load via the third wirings 114 and 115.
  • the reactor 8 and the smoothing capacitor 18 are mounted on a printed circuit board different from the printed circuit board 43 in consideration of their weight and heat generation.
  • the converter circuit 40 is connected to the reactor 8 by the second wirings 104 and 119, and is also connected to the substrate on which the smoothing capacitor 18 is mounted by the wiring. Even in such wiring, it is possible to control the magnetic coupling by bringing the ferrite core 30 which is the magnetic filter 7 closer to the converter circuit 40.
  • the noise filter 5 and the converter circuit 40 are mounted on the upper surface of the printed circuit board 43, and the reactor 8 and the smoothing capacitor 18 are arranged on the lower side of the printed circuit board 43. This is because warm air flows upward, so that the reactor 8 and the smoothing capacitor 18, which are sensitive to heat, are not heated, and the purpose is to reduce the inductance value of the reactor 8 due to heat or to extend the life of the smoothing capacitor. Therefore, it is difficult to arrange these parts apart from the first wirings 100 and 101.
  • the first wirings 100 and 101 are usually connected via a terminal block, but the possibility of short-circuiting or corrosion increases when water droplets such as rain are applied, so the side close to the ground where direct rain is unlikely to be applied. Placed in. Therefore, it is difficult to arrange the first wirings 100 and 101 apart from the reactor 8 and the smoothing capacitor 18.
  • the ferrite core 30 is attached to the second wiring 104 to remove the noise due to the magnetic coupling, thereby improving the apparent characteristics of the noise filter 5.
  • the ferrite core 30 is attached only to the second wiring 104, but the second wiring 104 and the second wiring 119 may be wound around one ferrite core 30.
  • the frequency is 100 MHz or less
  • the effect of the ferrite core 30 can be enhanced by winding not only one turn but also a plurality of turns.
  • the frequency is 100 MHz or more, by winding the wiring around the ferrite core 30 a plurality of times, the electric field coupling between the wound wirings increases, and the apparent characteristics of the ferrite core 30 are deteriorated. Therefore, it is desirable to set it to about 1 to 3 turns.
  • Embodiment 2 In the second embodiment, normal mode noise and common mode noise will be described.
  • Normal mode noise refers to noise in which a switching element, which is a noise source, is connected in series with a power supply line, and noise flows as a current in the same direction as the power supply current. Since the current flow and return are out of phase (phases differ by 180 degrees), it is also called normal mode or differential mode.
  • Common mode noise is also called common mode because the currents flowing in the same direction with respect to the power supply line are in phase (phases match).
  • the return of the common mode noise is the stray capacitance between the housing and the printed circuit board, the stray capacitance between the housing and the rotating machine, or the ground capacitor. It returns to the noise source via such as.
  • FIG. 27 is a circuit diagram showing parts that affect the common mode component extracted from the noise filter 5 shown in FIG. Parts that do not affect the common mode component, such as line capacitors and normal mode choke coils, can be removed.
  • FIG. 28 is a diagram showing the measurement results of the attenuation characteristics of the noise filter shown in FIG. 27 with respect to the common mode.
  • the horizontal axis of FIG. 28 shows the frequency, and the vertical axis shows the attenuation characteristic.
  • an attenuation characteristic for common mode noise of ⁇ 75 dB is obtained.
  • a vector network analyzer or an impedance analyzer can be used to measure the noise filter.
  • a vector network analyzer product name: E5061B, manufactured by Keysight was used.
  • FIG. 29 is a diagram showing parts that affect the normal mode component extracted from the noise filter 5 of FIG.
  • the line capacitor and the normal mode choke coil are effective in the normal mode, but in addition to that, the leakage inductance component of the common mode choke coil and the ground capacitor are series capacitors, so that they can be regarded as line capacitors.
  • FIG. 30 is a diagram showing the measurement results of the attenuation characteristics of the noise filter shown in FIG. 29 with respect to the normal mode.
  • the horizontal axis of FIG. 30 shows the frequency, and the vertical axis shows the attenuation characteristic.
  • an attenuation characteristic for normal mode noise of ⁇ 82 dB is obtained.
  • the first wiring 100 and the first wiring 101 are usually accompanied by each other within a few centimeters. This is because the first wirings 100 and 101 are often bundled and arranged in the device for ease of manufacturing, and the first wirings 100 and 100 are often fixed to the protrusions provided in the device. be.
  • the normal mode noise is generated due to the difference in the wiring length of the cable or the difference in the impedance at both ends of the first wiring 100 and the first wiring 101 (for example, the impedance of the noise filter 5). Normal mode noise can also occur by changing from common mode noise to normal mode noise due to the phase shift of the first wiring 100 and the first wiring 101.
  • the distance between the first wiring 100 and the second wiring 104 is different from the distance between the first wiring 101 and the second wiring 104, or when the orientation of the first wiring 100 and the second wiring 104 is the first.
  • the normal mode noise increases.
  • FIG. 31 is a diagram showing a result of comparing the mutual inductance M (Equation (3)) shown in the first embodiment with the characteristics of the noise filter shown in FIG. 28 with respect to the common mode component.
  • the attenuation characteristic at the time of noise propagation due to magnetic coupling can be made smaller than that of the common mode component of the noise filter.
  • the distance between the switching element 6 and the magnetic filter 7 is 1 cm, and the distance between the first wirings 100 and 101 and the second wiring 104 is 0.5 m.
  • M ⁇ 0.01 nH can be obtained.
  • the distance between the switching element 6 and the magnetic filter 7 is set to 1 cm or less, and the distance between the first wirings 100 and 101 and the second wiring 104 is set. Need to be separated by 0.5 m or more.
  • the mutual inductance M is smaller than the M obtained from the equation (3) when the directions of the two wires are not parallel or when the two wires are in a twisting relationship.
  • the angle formed by the directions of the two wirings is ⁇ with respect to the mutual inductance M0 at the closest distance between the two
  • the mutual inductance M is calculated with M0 ⁇ cos ⁇ as an approximate value. Can be done.
  • Embodiment 3 In the third embodiment, a design in consideration of the frequency characteristics of the noise filter 5 will be described.
  • the noise filter 5 has frequency characteristics as shown in the measurement result of conduction noise shown in FIG. 25. Further, as shown in the first embodiment, the limit value determined by the noise standard (for example, the limit value 32 with respect to CISPR14 in FIG. 25) has a frequency characteristic.
  • the mutual inductance between the first wiring and the second wiring shown in the first embodiment is obtained only for the frequency band exceeding the noise standard. Further, it is shown that the attenuation characteristic B due to the spatial coupling due to the parasitic capacitance is B ⁇ A with respect to the attenuation characteristic A of the noise filter 5.
  • the noise in the frequency band of 7 to 10 MHz is strict with respect to the standard, and the noise filter 5 is designed so as to positively reduce the noise in the frequency band of 7 to 10 MHz. That is, only for such a frequency band, the noise attenuation characteristic B due to the spatial coupling between the first wirings 100 and 101 and the second wiring 103 is B ⁇ A rather than the attenuation characteristic A of the noise filter 5.
  • the routing of the first wirings 100 and 101 and the second wiring 103 and the arrangement of the magnetic filter 7 are determined.
  • the frequency characteristics of the switching element 6 that is the noise source the frequency characteristics of the noise propagation path, the frequency characteristics of the receiving port (LISN frequency characteristics in the case of conduction noise, and the frequency characteristics of the antenna itself in the case of radiation noise). ) Need to be grasped.
  • the frequency characteristics of the switching element 6 that is a noise source can be estimated at the design stage as shown in FIGS. 3 and 4 of the first embodiment. Since the receiving port uses a fixed measuring instrument such as LISN, the frequency characteristics can be grasped.
  • the issue is the frequency characteristics of the noise propagation path.
  • Noise basically propagates along the propagation path of the circuit diagram, but it is necessary to consider other parasitic components.
  • the impedance of the noise propagation path can be calculated by using equivalent circuit calculation software (product name: Q3D, manufactured by Ansys).
  • Q3D equivalent circuit calculation software
  • an electromagnetic field simulator for example, product name: HFSS, manufactured by Anysys, product name: MWstudio, CST, product name: FEMTET, manufactured by Murata Software, etc.
  • Q3D electromagnetic field simulator
  • a pseudo power supply network (AMN: Artificial Mains Network or LISN:), which is a measurement point, is used. It is possible to estimate the noise generated in (also called Line Impedance Stabilization Network).
  • the self-inductance caused by the physical length of the wiring and the housing can be estimated from the theoretical formula without using a simulator. Specifically, regarding the calculation method, the self-inductance can be roughly calculated from Neumann's formula as well as the mutual inductance.
  • Parasitic capacitance between wiring or IC on the housing and board, parasitic capacitance between housing and wiring, parasitic capacitance between housing and load, capacitance of the capacitor of noise filter 5, and capacitance of the measurement target as combined capacitance Can be calculated.
  • the above-mentioned inductance component and capacitance component are combined and connected in series or in parallel when viewed from the switching element 6 which is a noise source.
  • the noise propagation path has an impedance characteristic having resonances in a plurality of frequency bands. From the results, it is possible to reduce the noise mixed in the noise measurement location by making the amount of attenuation due to spatial coupling in these frequency bands smaller than the amount of attenuation of the noise filter 5. As a result, the resonance frequency can be predicted at the design stage, so that the frequency band to be reduced in the present embodiment can be grasped. As a result, wiring restrictions for reducing spatial coupling can be reduced, so that a smaller power conversion device can be provided at a lower cost.
  • FIG. 32 is a perspective view showing an example of a power conversion device using the conductor plate 45 according to the fourth embodiment.
  • a converter circuit 40 As shown in FIG. 32, a converter circuit 40, an inverter circuit 31, a control circuit 41, connectors 39-1, 39-2, 39-3, and a conductor plate 45 are mounted on the printed circuit board 43.
  • the connector 39-1 connects the cable 38-1 connected to the commercial power supply 44 (not shown) and the printed circuit board 43.
  • the cable 38-1 corresponds to the first wirings 100 and 101 shown in FIG.
  • the noise filter 5 is connected to the connector 39-1, and the converter circuit 40 is connected to the noise filter 5.
  • the inverter circuit 31 converts the DC power output from the converter circuit 40 into AC power.
  • the control circuit 41 controls the converter circuit 40 and the inverter circuit 31.
  • the connector 39-2 connects the cable 38-2 connected to the reactor 8 (not shown) mounted on the outside of the printed circuit board 43 and the converter circuit 40.
  • the cable 38-2 corresponds to the second wiring 103 shown in FIG.
  • the connector 39-3 connects the cable 38-3 connected to the load of the rotating machine or the like and the inverter circuit 31.
  • the conductor plate 45 is connected to the ground on the printed circuit board 43 or a metal housing (not shown) around the printed circuit board 43.
  • the conductor plate 45 may be connected to the ground on the printed circuit board 43 and may be connected to the metal housing by using another cable.
  • the conductor plate 45 and the ground can be connected by soldering, screws, springs, bolts and nuts, crimping, connectors, or the like.
  • the conductor plate 45 is not limited to one flat plate, and may be bent or may be composed of a plurality of plates. Further, the conductor plate 45 does not have to be mounted perpendicularly to the printed circuit board 43.
  • the conductor plate 45 is provided at least in the second wiring 103 between the switching element 6 and the magnetic filter 7 including the ferrite core.
  • the conductor plate 45 is provided on the second wiring 103 side connecting the switching element 6 and the magnetic filter 7, but on the first wiring 100, 101 side connecting the noise filter 5 and the external terminal.
  • the conductor plate 45 may be connected to the.
  • the thickness of the conductor plate 45 is not limited. It is desirable to cover the surface of the conductor plate 45 with a dielectric so that the conductor plate 45 does not short-circuit when it is unintentionally detached due to vibration or the like.
  • the conductor plate 45 is mounted between the connectors 39-2, 39-3 and the converter circuit 40 and the inverter circuit 31, but the converter circuit 40 and the inverter circuit 31 and the noise filter 5 And the conductor plate 45 may be mounted between the control circuit 41 and the control circuit 41.
  • the connector 39-1 and the connectors 39-2, 39-3 are attached diagonally on the printed circuit board 43 or at both ends of the long side of the printed circuit board 43.
  • the distance between the cable 38-1 (corresponding to the first wirings 100 and 101 in FIG. 1) and the cable 38-2 (corresponding to the second wiring 103 in FIG. 1) can be increased, and the distance can be increased. It is possible to secure a space for arranging the conductor plate 45.
  • FIG. 33 is a perspective view showing an example of a power conversion device using the magnetic shield 47 according to the fifth embodiment.
  • a magnetic shield 47 made of a ferromagnetic material is used for the conductor plate 45 according to the fourth embodiment shown in FIG. 32.
  • Ferromagnets include alloys containing iron, cobalt, nickel and the like.
  • the magnetic shield 47 is placed on the ground on the printed circuit board 43 by utilizing the feature that the magnetic shield 47 sticks to the magnet.
  • it may be attached to a metal housing (not shown).
  • the magnetic shield 47 does not have to be electrically connected to the ground or the metal housing on the printed circuit board 43. That is, the magnetic shield 47 may be insulated from the ground and the metal housing (that is, it means that the DC resistance is sufficiently large).
  • FIG. 34 is a diagram showing the measurement results of the shielding effect of paramagnetic materials (copper, aluminum, etc.) and ferromagnets.
  • the paramagnetic material and the ferromagnetic material are insulated from the ground, and two loop probes, each of which has a diameter of 50 mm and is wound 10 times, are arranged with the loop surfaces facing each other at a distance of 5 mm. do. In this state, the spatial coupling between the two loop probes is measured.
  • the damping characteristics were measured for each of the cases.
  • the paramagnetic material is an aluminum plate having a thickness of 1 mm.
  • the ferromagnet is an iron plate with a thickness of 1 mm.
  • the waveform 48 shows (1) the damping characteristic when the conductor plate is not arranged
  • the waveform 49 shows (2) the damping characteristic when the paramagnetic material is arranged
  • the waveform 50 is (3) strong. The damping characteristics when a magnetic material is arranged are shown.
  • the paramagnetic material can reduce the spatial coupling more than the ferromagnetic material in the frequency band lower than 10 MHz.
  • noise of 1 MHz or less is often a problem for IGBTs and the like that are operated at low speeds.
  • the space coupling between the wirings can be reduced by using a shield sheet metal made of a paramagnetic material.
  • the magnetic shield 47 does not necessarily have to be connected to the ground, the possibility of a short circuit can be reduced even if the magnetic shield is unintentionally removed due to vibration or the like. Further, since the shield can be provided even for the power conversion device having no metal housing, the magnetic coupling can be reduced. Further, according to the magnetic shield 47, the degree of freedom of arrangement can be increased, and the steps of soldering or screw tightening can be reduced, so that the damping characteristics of the noise filter 5 can be improved at low cost.
  • the mounting position of the magnetic shield 47 may be close to the second wiring 103 side or the first wiring 100, 101 side. No.
  • Embodiment 6 In the sixth and seventh embodiments, an application example of the power conversion device shown in the fourth embodiment will be described.
  • FIG. 35 is a diagram schematically showing a first configuration example of an air conditioner equipped with the power conversion device shown in FIG. 32.
  • the outdoor unit 51 of the air conditioner has a fan 52, a partition plate 53, a compressor 54, and a printed circuit board 43.
  • the space in which the fan 52 is arranged and the space in which the compressor 54 and the printed circuit board 43 are arranged are separated by a partition plate 53.
  • the reactor 8 for the converter is attached to the conductor portion of the partition plate 53 for heat dissipation.
  • the mounting position of the reactor 8 is not limited to this.
  • the compressor 54 is arranged on the bottom surface of the outdoor unit 51.
  • the compressor 54 is connected to the printed circuit board 43 via the cable 38-3.
  • the printed circuit board 43 is connected to the reactor 8 via the cable 38-2.
  • a ferrite core 30 is installed as a magnetic filter 7 on the cable 38-2.
  • the ferrite core 30 is arranged close to the switching element 6 (not shown) on the printed circuit board 43.
  • the cable 38-3 is arranged so as to be separated from the cable 38-2 in the depth direction in the drawing.
  • the cable 38-1 is connected from the printed circuit board 43 to the commercial power supply 44 (not shown) of the outdoor unit 51.
  • the outdoor unit 51 when measuring conduction noise, the outdoor unit 51 is connected to the LISN and then the outdoor unit 51 is connected to the commercial power source.
  • the conductor plate 45 (or magnetic shield 47) is provided between the cable 38-2 and the cable 38-1, and between the cable 38-3 and the cable 38-1. As a result, the spatial coupling between the cable 38-2 and the cable 38-1 is reduced, and the spatial coupling between the cable 38-3 and the cable 38-1 is reduced.
  • the noise attenuation characteristic of the noise filter 5 attached to the tip of the cable 38-1 when viewed from the commercial power supply 44 can be improved.
  • the distance between the cable 38-1 and the cable 38-2 is 0.3 m or more.
  • the distance between the wirings between the switching element 6 and the ferrite core 30 on the printed circuit board 43 is preferably 3 cm or less, and when there is a conductor plate 45 (or a magnetic shield 47), the distance between the wirings is 10 cm or less. Is desirable.
  • FIG. 36 is a diagram schematically showing a second configuration example of the air conditioner equipped with the power conversion device shown in FIG. 32.
  • the space where the fan 52 is arranged and the space where the printed circuit board 43 and the compressor 54 are arranged are arranged. Is separated from the partition plate 53.
  • the reactor 8 is attached to the partition plate 53.
  • the twisted cable 55-1 is used as the cable for connecting the printed circuit board 43 and the commercial power supply 44.
  • a twisted cable 55-2 is used as a cable for connecting the switching element 6 (not shown) on the printed circuit board 43 and the reactor 8.
  • the cable 38-3 that connects the inverter circuit (not shown) on the printed circuit board 43 and the compressor 54 does not have to be a twisted cable. This is because in a general outdoor unit 51, the inverter is often slower than the converter using the reactor 8.
  • the printed circuit board 43 and each cable can be connected using a terminal block.
  • the twisted cable may be used only for the cable arranged in the outdoor unit 51.
  • the twisted pitch of the twisted cable is usually preferably about 10 mm to 50 mm.
  • the switching element 6 is normally operating in the normal mode. Common mode occurs when the wiring or component through which normal mode current flows becomes an asymmetric propagation path. Therefore, the normal mode component is dominant as the noise component output by the switching element 6. According to this configuration example, the spatial propagation of the normal mode component of noise can be reduced by the twisted cable.
  • Embodiment 8 In the eighth embodiment, the attachment position of the ferrite core 30 constituting the magnetic filter 7 to the cable will be described.
  • FIG. 37 is a circuit diagram for explaining the mounting position of the ferrite core to the cable.
  • the cable is marked with a mark indicating the mounting position of the ferrite core 30.
  • a mark indicating the mounting position of the ferrite core 30 is provided on the cable.
  • the cable is provided with a mark 56 indicating the start position at which the ferrite core 30 starts to be wound. Then, by winding two or more cables around the ferrite core 30, the ferrite core 30 is made difficult to move with respect to the cable.
  • the mark 56 may be removed after the cable is wound by using a removable member such as a clip as the mark 56. Further, the shape of the mark 56 is not limited.
  • the cable may be wound around the ferrite core 30 manually, or a machine such as a robot arm may be used.
  • Embodiment 9 In the ninth embodiment, a method of fixing the ferrite core will be described with reference to FIG. 38.
  • FIG. 38 is a diagram schematically showing a third configuration example of the air conditioner equipped with the power conversion device shown in FIG. 32.
  • the outdoor unit of the air conditioner shown in FIG. 38 has the same basic configuration as the outdoor unit in the first configuration example of the air conditioner shown in FIG. 35.
  • a ferrite core 30 having a weight of 5 to 200 g can be used as the ferrite core 30 attached to the outdoor unit.
  • the ferrite core 30 may have a structure of hanging from the printed circuit board 43. In such a case, since a force is applied to the printed circuit board 43 or the connector on the printed circuit board 43, the components may be peeled off from the printed circuit board 43 or the cable may be disconnected from the printed circuit board 43.
  • the ferrite core 30 is fixed.
  • a hole is formed in the partition plate 53, and the ferrite core 30 is fixed to the partition plate 53 by using a fixing member 57 extending through the hole.
  • the ferrite core 30 may be fixed to the printed circuit board 43 instead of the partition plate 53.
  • the fixing member 57 is preferably a dielectric in order to prevent a short circuit or the like, but any material may be used. Further, in the examples of FIGS. 35, 36 and 38, the ferrite core 30 is hung from the printed circuit board 43, but in another air conditioner or power conversion device, the ferrite core is above the printed circuit board 43. It may be necessary to have a structure in which the 30s are arranged apart from each other. In that case, a structure in which the fixing member 57 is erected from the housing or the printed circuit board 43 to fix the ferrite core 30 can be adopted.
  • FIG. 39 is a cross-sectional perspective view showing a configuration example of a cable according to the ninth embodiment.
  • the cable according to the ninth embodiment has a shield structure for reducing noise in the normal mode.
  • the cable when the power supply is a single-phase two-wire power supply, the cable has a structure in which the outer circumferences of the two core wires 58 are surrounded by an outer conductor 59 formed of a conductor.
  • the core wire 58 is attached to the connector or terminal block described in the above embodiment.
  • the first end of the outer conductor 59 is connected to the metal housing of the power conversion device, and the second end is connected to the ground on the printed circuit board.
  • the ground on the printed circuit board has a reference potential and is usually conductive with the metal housing.
  • the cable according to the ninth embodiment is applied to at least one of the first wirings 100 and 101 and the second wiring 103 in FIG. Thereby, it is possible to suppress the noise of the normal mode component and the common mode component from being transmitted and received via the spatial propagation.
  • a shield structure can be provided for the twisted cables 55-1 and 55-2 by combining with the seventh embodiment shown in FIG.
  • the ground (reference potential) which is the return path of the current is not a surface but a ground to which a Y capacitor is attached. It may be wiring.
  • the outer conductor 59 of the cable will be connected to the ground wiring.
  • This structure is generally called a pigtail structure and deteriorates the shield characteristics of the cable.
  • the printed circuit board 43 is a multilayer board.
  • FIG. 40 is a diagram showing the result of calculating the approximate value of the mutual inductance based on the parallel running distance of the two wirings and the distance between the wirings using the above equation (3).
  • the horizontal axis of the graph of FIG. 40 shows the parallel running distance of the two wires, and the vertical axis shows the mutual inductance.
  • the mutual inductance increases as the parallel running distance increases, regardless of the distance gap between the wirings.
  • the mutual inductance decreases as the distance gap between the wirings increases.
  • the noise attenuation characteristic is desired to be about -20 dB to -60 dB at 1 MHz.
  • the above-mentioned design is performed for each of the normal mode and the common mode.
  • the first wiring 100, 101 and the second wiring 103 shown in FIG. 1 are close to the same metal housing so that the two wirings do not run in parallel, the first wiring 100 and the metal housing are used. It is desirable that the distance between the wires 103 is 0.1 m or more and the distance between the second wiring 103 and the metal housing is 0.1 m or more.
  • Embodiment 12 In the above-described embodiment, the method of reducing the conduction noise has been described, but according to the present embodiment, the radiation noise can also be reduced.
  • the outside of the air conditioner is covered with a metal housing.
  • the conductor plate 45 (or the magnetic shield 47) has a structure in which radiation noise is less likely to occur.
  • the radiation noise standard is very small, such as 0 dB ⁇ V at 120 kHz. This standard corresponds to the electric power when the noise passing through the 120 kHz bandpass filter is measured by using the EMI receiver. Since the standard of radiation noise is very small, noise due to such secondary radiation can be a problem. Further, in air conditioners and other electronic devices, resin is often used as a part of a metal housing. Therefore, the shielding effect of the housing may not be obtained.
  • FIG. 41 is a diagram showing a configuration example in which a power conversion device is arranged between the solar panel and the storage battery.
  • a power conversion device in order to charge the power storage device such as a storage battery with the DC power generated by the solar panel 60, it is necessary to step up / down the voltage value of the DC power to an appropriate voltage value.
  • DC-AC converter direct current power is converted to alternating current power by an inverter (DC-AC converter).
  • the power conversion device according to the present embodiment can be applied to all the power devices having the power conversion device and the noise filter.

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Abstract

電力変換装置の外部に伝搬するノイズを低減する。　電力変換装置は、少なくとも１つの外部電極（１－４）と、スイッチング素子（６）と、少なくとも１つの外部電極（１－２）とスイッチング素子（６）との間に接続されるノイズフィルタ（５）と、少なくとも１つの外部電極（１－２）とノイズフィルタ（５）とを接続する、少なくとも１つの第１配線（１００－１０１）と、ノイズフィルタ（５）とスイッチング素子（６）とを接続する第２配線（１０３）と、第２配線（１０３）に取り付けられた磁性体フィルタ（７）とを備える。ノイズフィルタ（５）の減衰特性をＡ［ｄＢ］とし、少なくとも１つの第１配線（１００－１０１）と、スイッチング素子（６）および磁性体フィルタ（７）間に位置する第２配線（１０３）との空間結合による減衰特性をＢ［ｄＢ］とした場合に、減衰特性Ａおよび減衰特性ＢはＢ＜Ａの関係を満足する。

Description

電力変換装置および空気調和機
　本開示は、電力変換装置および空気調和機に関する。
　特開２００９－２５０５２１号公報（特許文献１）に記載される電力変換装置においては、インバータのスイッチング素子とインダクタとが離れた位置に配置される場合、スイッチング素子とインダクタとの間をケーブルで接続する。その際、インバータのノイズ対策として、ケーブルにはケーブルを伝搬するノイズを抑制するためにフェライトコアが取り付けられる。
特開２００９－２５０５２１号公報
　しかしながら、特許文献１に記載される電力変換装置では、電力変換装置を構成するスイッチング電源に起因する電磁ノイズ（以下、「ノイズ」とも称する）が電力変換装置に設けられたノイズフィルタを通って電力変換装置外部に伝搬する以外に、空間を伝搬して電力変換装置の外部へ伝搬する経路が生じる。その結果、所望の減衰特性を出すために設計したノイズフィルタを電力変換装置に組み込むと、所望の減衰特性が劣化するといった課題があった。
　本開示はこのような課題を解決するためになされたものであって、本開示の目的は、電力変換装置の外部に伝搬するノイズを低減することである。
　本開示に係る電力変換装置は、少なくとも１つの外部電極と、スイッチング素子と、少なくとも１つの外部電極とスイッチング素子との間に接続されるノイズフィルタと、少なくとも１つの外部電極とノイズフィルタとを接続する、少なくとも１つの第１配線と、ノイズフィルタとスイッチング素子とを接続する第２配線と、第２配線に取り付けられた磁性体フィルタとを備える。ノイズフィルタの減衰特性をＡ［ｄＢ］とし、少なくとも１つの第１配線と、スイッチング素子および磁性体フィルタ間に位置する第２配線との空間結合による減衰特性をＢ［ｄＢ］とした場合に、減衰特性Ａおよび減衰特性ＢはＢ＜Ａの関係を満足する。
　本開示によれば、ノイズフィルタを通って電力変換装置の外部に伝搬するノイズを増加させることができる。その結果、電力変換装置に組み込んでも設計どおりのノイズフィルタの減衰特性を出すことができるため、電力変換装置の小型および低コスト化を実現することができる。
実施の形態１に従う電力変換装置の第１例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置の第２例を示す図である。 スイッチング素子に印加される電圧の時間波形を概略的に示す図である。 図３に示す時間波形をフーリエ変換して得られる周波数スペクトラムを概略的に示す図である。 ノイズフィルタの第１構成例を示す図である。 ノイズフィルタの第２構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用された昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータの第１の構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用された昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータの第２の構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用された降圧ＤＣ－ＤＣコンバータの構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用された昇降圧コンバータの構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用された四象限コンバータの構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用された四象限コンバータの構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたフルブリッジコンバータの構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたＡＣ－ＤＣコンバータの第１の構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたＡＣ－ＤＣコンバータの第２の構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたＤＣ－ＡＣコンバータの第１の構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたＤＣ－ＡＣコンバータの第２の構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたＤＣ－ＡＣコンバータの第３の構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたＤＣ－ＡＣコンバータの第４の構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたＤＣ－ＡＣコンバータの第５の構成例を示す図である。 ２配線間の相互インダクタンスを説明する図である。 ２本のケーブル間の磁気結合を説明する図である。 ノイズフィルタが搭載された電力変換装置の構成例を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置をプリント基板上に実装した第１例を示す平面図である。 実施の形態１に従う電力変換装置における雑音端子電圧の測定結果を示す図である。 実施の形態１に従う電力変換装置をプリント基板上に実装した第２例を示す平面図である。 ノイズフィルタからコモンモード成分に影響する部品を抜き出して示した回路図である。 図２７に示すノイズフィルタのコモンモードに対する減衰特性の測定結果を示す図である。 ノイズフィルタからノーマルモード成分に影響する部品を抜き出して示した図である。 図２９に示すノイズフィルタのノーマルモードに対する減衰特性の測定結果を示す図である。 相互インダクタンスとノイズフィルタのコモンモード成分に対する特性とを比較した結果を示す図である。 実施の形態４に従う導体板を用いた電力変換装置の一例を示す斜視図である。 実施の形態５に従う磁気シールドを用いた電力変換装置の一例を示す斜視図である。 常磁性体および強磁性体におけるシールド効果の測定結果を示す図である。 空気調和機の第１の構成例を模式的に示す図である。 空気調和機の第２の構成例を模式的に示す図である。 フェライトコアのケーブルへの取り付け位置を説明するための回路図である。 空気調和機の第３の構成例を模式的に示す図である。 実施の形態９に従うケーブルの構成例を示す断面斜視図である。 ２配線の並走距離および配線間距離と相互インダクタンスとの関係を示す図である。 太陽光パネルと蓄電池との間に電力変換装置を配置する構成例を示す図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に従う電力変換装置の第１例を示す図である。図１を参照して、第１例に従う電力変換装置は、外部電極１～４と、ノイズフィルタ５と、スイッチング素子６と、磁性体フィルタ７と、第１配線１００，１０１と、第２配線１０３と、第３配線１０６，１０７とを備える。
　第１配線１００は、外部電極１とノイズフィルタ５の第１入力端子５ａとの間に接続される。第１配線１０１は、外部電極２とノイズフィルタ５の第２入力端子５ｂとの間に接続される。
　第３配線１０６は、ノイズフィルタ５の第１出力端子５ｃと外部電極３との間に接続される。第３配線１０７は、ノイズフィルタ５の第２出力端子５ｄと外部電極４との間に接続される。
　磁性体フィルタ７の第１端子は、第３配線１０６に接続される。第２配線１０３は、磁性体フィルタ７の第２端子とスイッチング素子６の第１端子との間に接続される。スイッチング素子の第２端子は、第３配線１０７に接続される。すなわち、磁性体フィルタ７、第２配線１０３およびスイッチング素子６は、第３配線１０６および第３配線１０７の間にこの順に直列に接続される。このとき、第１配線１００、第３配線１０６および第２配線１０３の間には電気的な導通があり、かつ、第１配線１０１および第３配線１０７の間には電気的な導通があるものとする。ここで、電気的な導通があるとは、直流抵抗が無限大であること、現実的にはテスター等で測定したときの抵抗値が少なくとも１ＭΩよりも小さいことを意味する。
　第１例において、ノイズフィルタ５の入出力間の減衰特性をＡとする。第１配線１００と第２配線１０３との磁気結合および、第１配線１０１と第２配線１０３との磁気結合のうち、磁気結合が大きい方において、配線間の空間伝搬による減衰特性をＢとする。
　なお、本願明細書において、フィルタの減衰特性とは、フィルタに入力される電磁ノイズ（以下、単に「ノイズ」とも称する）の電力に対する、フィルタから出力されるノイズの電力の比に比例する特性をいう。すなわち、ノイズフィルタ５および空間伝搬における減衰特性が大きいということは、入力されるノイズの電力に対して、出力されるノイズの電力が小さくなることを意味する。
　一般的に、入力されるノイズの電力に対する出力されるノイズの電力の比は、入力１に対して出力が１／１０００など、非常に小さい値となるため、対数を用いて表される。具体的には、入力されるノイズの電力をＷｉｎ［Ｗ］とし、出力されるノイズの電力をＷｏｕｔ［Ｗ］とすると、１０×ｌｏｇ１０（Ｗｏｕｔ／Ｗｉｎ）で表現される。
　第１例では、減衰特性Ｂが減衰特性Ａよりも小さくなるように（Ｂ＜Ａ）、第１配線１００，１０１、第２配線１０３および磁性体フィルタ７を配置する。例えば、ノイズフィルタ５の減衰特性ＡをＡ＝Ｗｏｕｔ／Ｗｉｎ＝０．００１とし、空間伝搬による減衰特性ＢをＢ＝Ｗｏｕｔ／Ｗｉｎ＝０．０００１とすると、Ｂ＜Ａの関係を満たす。減衰特性を対数で表わした場合においても、減衰特性Ａは１０×ｌｏｇ１０（Ａ）＝－３０ｄＢとなり、減衰特性Ｂは１０×ｌｏｇ１０（Ｂ）＝－４０ｄＢとなり、Ｂ＜Ａの関係を満たす。
　なお、ノイズ電力は電圧の二乗または電流の二乗に比例するため、上記の関係を電圧比または電流比で表わすこともできる。この場合は、２０×ｌｏｇ１０（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）のように表すことができる。ただし、周波数に対する波長を考慮し、波長に対して寸法が同程度になる場合には分布定数として考える。そのような分布定数においては、測定点の位置に依存して電圧および電流の値が異なるため、一般的には、分布定数回路においても一定になる電力（電流×電圧）で考えるのが望ましい。Ｓパラメータ（散乱行列、Scattering　Parameterとも称する）は、この考え方に従っている。Ｓパラメータを測定するためには、ネットワークアナライザまたはそれを応用した手法（例えばインピーダンスアナライザ）などが用いられる。Ｓパラメータ以外に、ＬＣＲメータを用いた手法または、ＴＤＲ（Time　Domain　Reflectometry）法を用いることも可能である。
　図２は、実施の形態１に従う電力変換装置の第２例を示す図である。図２を参照して、第２例に従う電力変換装置は、図１に示す第１例に従う電力変換装置に対して、リアクトル８を加えたものである。
　リアクトル８は、第１端子が第３配線１０６に接続され、第２端子が第２配線１０５の第１端子に接続される。第２配線１０５の第２端子は磁性体フィルタ７の第１端子に接続される。第２配線１０４は、第１端子が磁性体フィルタ７の第２端子とスイッチング素子６の第１端子との間に接続される。スイッチング素子６の第２端子は第３配線１０７に接続される。すなわち、リアクトル８、第２配線１０５、磁性体フィルタ７、第２配線１０４およびスイッチング素子６は、第３配線１０６および第３配線１０７の間にこの順に直列に接続される。
　第２例において、ノイズフィルタ５の減衰特性をＡとする。第１配線１００と第２配線１０４との空間結合および、第１配線１０１と第２配線１０４との空間結合のうち、空間結合が大きい方において、配線間の空間伝搬による減衰特性をＢとする。第２例では、減衰特性Ｂが減衰特性Ａよりも小さくなるように（Ｂ＜Ａ）、第１配線１００，１０１、第２配線１０４および磁性体フィルタ７を配置する。
　次に、上述した第１例および第２例に従う電力変換装置の具体的構成および動作について説明する。
　＜外部電極＞
　第１例および第２例に従う電力変換装置は、単相２線入力および単相２線出力の回路構成を有している。このような回路構成においては、外部電極１，２にバッテリ、商用電源または太陽光パネルなどの給電装置あるいは、後述するＡＣ－ＤＣコンバータのような電力変換装置が接続され得る。これらの装置によって外部電極１，２に電力が供給される。外部電極３，４は、電力変換装置により生成された電力を出力する電極（端子）であり、直流電力または交流電力、あるいは直流電力が重畳された交流電力を出力する。
　漏洩電流あるいは、対地間コンデンサまたは電力変換装置および筐体間の寄生容量により伝搬する交流電流を除けば、キルヒホッフの法則に従い、外部電極１，２に入力された電流は、外部電極２から逆向きに等しい電流値で出力される。外部電極３，４には、回転機またはバッテリなどの負荷、あるいはＤＣ－ＤＣコンバータまたはＡＣ－ＤＣコンバータなどの電力変換装置が接続され得る。
　第１例および第２例では、外部電極１，２を単相２線入力とし、外部電極３，４を単相２線出力としているが、入力および出力ともに、外部電極の数を変更することによって、一般的な単相３線、３相３線および３相４線などに対応することも可能である。いずれの構成においても実施の形態１による効果を得ることができる。
　＜伝導ノイズの伝搬経路＞
　第２例に従う電力変換装置において、伝導ノイズは、スイッチング素子６がオンまたはオフする瞬間に発生するノイズ（スイッチングノイズ）に起因する。図２に矢印で示すように、ノイズは、スイッチング素子６から第２配線１０４、磁性体フィルタ７、第２配線１０５、リアクトル８、第３配線１０６、ノイズフィルタ５および第３配線１０７からなる第１伝搬経路Ｐ１を通ってスイッチング素子６に戻る。第１伝搬経路Ｐ１においてノイズフィルタ５で除去しきれなかったノイズは、第２伝搬経路Ｐ２を通る。第２伝搬経路Ｐ２は、スイッチング素子６から第２配線１０４、磁性体フィルタ７、第２配線１０５、リアクトル８、第３配線１０６、ノイズフィルタ５および第１配線１００を通って外部電極１に流れ、外部電極２、第１配線１０１、ノイズフィルタ５および第３配線１０７を通ってスイッチング素子６に戻る経路である。
　さらに、外部電極３，４から負荷側に流れるノイズは、第３伝搬経路Ｐ３を通る。第３伝搬経路Ｐ３は、スイッチング素子６から第２配線１０４、磁性体フィルタ７、第２配線１０５、リアクトル８および第３配線１０６を通って外部電極３に流れ、外部電極３，４に接続される負荷を経由した後、外部電極４および第３配線１０７を通ってスイッチング素子６に戻る経路である。
　このように、伝導ノイズはノイズフィルタ５および配線を経由して伝搬する。他の電力変換装置においても同様に考えることができる。
　＜スイッチング素子＞
　スイッチング素子６には半導体素子が用いられる。半導体素子のうち、電力変換装置に使われる半導体素子は「パワー半導体素子」とも称される。パワー半導体素子には、ダイオードのように整流作用を有するもの、アンプのように増幅作用を有するもの、または電流を導通／遮断する作用を有するものなどがある。スイッチング素子６は、整流作用および、電流を導通／遮断する作用を有するパワー半導体素子である。
　パワー半導体素子の材料には、Ｓｉ（珪素）の他、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＯ（酸化珪素）、Ｃ（炭素）などのワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。また、パワー半導体素子の構造には、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）またはＭＯＳＦＥＴ（Metal　Oxide　Semiconductor　Field　Effect　Transistor）などを用いることができる。
　スイッチング素子６（パワー半導体素子）は、プリント基板上に実装される。プリント基板は、ガラス・エポキシ（ＦＲ－４：Flame　Retardant　Type　４）または紙フェノール（ＦＲ－１，２）、紙エポキシ（ＦＲ－３）、ガラス・コンポジット（ＣＥＭ３）などで形成された誘電体上に、銅またはアルミニウムなどの導体からなる配線を形成したものである。例えば、ＦＲ－４とは、ガラス繊維の布にエポキシ樹脂を浸み込ませたものであり、４程度の比誘電率を有している。
　スイッチング素子６が発生するリンギングなどを低減するために、スナバ回路を用いることもできる。ただし、スナバ回路を用いると電力変換効率が低下するため注意が必要である。また、スイッチング素子６の放熱のために、放熱フィンなどの放熱機構を設けることもできる。
　次に、スイッチング素子６の動作と、その動作により発生する周波数特性との関係について説明する。
　図３は、スイッチング素子６に印加される電圧の時間波形を概略的に示す図である。
　スイッチング素子６がＩＧＢＴである場合、図示しないゲート駆動回路からのゲート信号がオンされると、スイッチング素子６がターンオンされ、コレクタ－エミッタ間電圧が０％に下降するとともに、コレクタ－エミッタ間に電流が流れる。一方、ゲート信号がオフされると、スイッチング素子６がターンオフされ、電流が遮断されるとともに、コレクタ－エミッタ間電圧が１００％まで上昇する。これにより、図３に示すような波形を作り出すことができる。スイッチング素子６がＭＯＳＦＥＴである場合には、ゲート駆動回路から入力されるゲート信号のオンオフに応じて、ドレイン－ソース間の電流が導通または遮断される。
　なお、パワー半導体素子の材料にＳｉを用いる場合には、絶縁耐圧を得るためにスイッチング素子６をＩＧＢＴで構成することができる。一方、材料にワイドバンドギャップ半導体を用いる場合には、材料特性として絶縁耐圧が高いため、スイッチング素子６を、高速駆動しやすいＭＯＳＦＥＴで構成することができる。
　このようにパワー半導体素子は、ゲート信号をオン／オフすることによって、電流を導通／遮断させるスイッチとなるため、スイッチング素子と呼ばれる。そして、スイッチング素子を動作させることでスイッチング素子に接続されるリアクトル（コイル、インダクタまたはインダクタンスとも称する）に磁気エネルギーを蓄積し、かつ、リアクトルから磁気エネルギーを放出させることによって、所望の出力電力を生成することができる。
　スイッチング素子の動作周波数（以下、駆動周波数とも称する）は、Ｓｉ半導体の場合、スイッチング損失で発生する熱と放熱との関係から、通常、約１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ程度に設定される。一方、ワイドバンドギャップ半導体の場合、駆動周波数は、通常、約３０ｋＨｚ～１ＭＨｚ程度に設定される。
　ただし、電力変換装置の出力電圧または出力電流が大きい場合には、出力電圧または出力電流が小さい場合に比べてスイッチング損失が大きくなるため、駆動周波数を低下させることがある。なお、本願明細書において、出力電圧が高いとは、直流３００Ｖ以上の電圧を指すものとする。
　また、本実施の形態において、スイッチング素子は、半導体と、半導体から伸びたボンディングワイヤと、ボンディングワイヤに接続するリード線との組み合わせで構成されると考え、ボンディングワイヤおよびリード線も第２配線の一部と考えても構わない。
　スイッチング素子６がＩＧＢＴである場合、コレクタ－エミッタ間電圧は、ターンオン時には３０ｎｓ～１００ｎｓ程度の時間内に５００Ｖから０Ｖまで低下し、ターンオフ時には３０ｎｓ～１００ｎｓ程度の時間内に０Ｖから５００Ｖまで増加する。一方、スイッチング素子６がＭＯＳＦＥＴである場合には、ドレイン－ソース間電圧は、ターンオン時には数ｎｓ～３０ｎｓ程度の時間内に５００Ｖから０Ｖまで低下し、ターンオフ時には数ｎｓ～３０ｎｓ程度の時間内に０Ｖから５００Ｖまで上昇する。
　なお、リンギングを除けば、電流は、上述した電圧の時間変化とは反対の時間変化を示す。したがって、スイッチング素子６のターンオン時には、電圧が０Ｖに低下するとともに、電流が０Ａから数１０Ａまで増加する。このときの電圧および電流の時間波形は、図３に示すような台形波状となる。
　図３において、電圧波形の１周期Ｔ０は、スイッチング素子６の駆動周波数の逆数に相当する。図３の例では、電圧の立ち上がり時間を０％から１００％までの時間（時刻－ｔ２／２から時刻－ｔ１／２までの時間）とし、電圧の立ち下がり時間を１００％から０％までの時間（時刻ｔ１／２から時刻ｔ２／２までの時間）としているが、立ち上がり時間および立ち下がり時間の定義はこれに限定されない。
　なお、実際のスイッチング動作においては、立ち上がり時および立ち下がり時にリンギング（オーバーシュートおよびアンダーシュート）が生じるため、電圧および電流の時間波形は理想的には台形波状とはならない場合がある。リンギングは、台形波に重畳した高周波成分（ノイズ）であり、配線の残留インダクタンスなどの機器の設計に専ら依存する。したがって、本実施の形態ではリンギングを無視し、電圧および電流の時間波形を理想的な台形波として扱うことにする。
　図４は、図３に示す時間波形をフーリエ変換して得られる周波数スペクトラムを概略的に示す図である。図４に示す周波数スペクトラムは、横軸を周波数とし、縦軸を電圧として両対数を取ったものである。
　フーリエ変換は、時間波形の両端が等しい値（通常、０Ｖまたは０Ａ）である状態で行なうものとする。時間波形の両端が等しい値ではない場合には、ハミング窓またはハニング窓などの窓関数を時間波形に施すこととする。
　図４に示す周波数スペクトラムは、周波数が０［Ｈｚ］～１／（πＴ０）［Ｈｚ］の範囲では振幅が一定となっている。周波数が１／（πＴ０）［Ｈｚ］～１／｛π（ｔ２－ｔ１）｝［Ｈｚ］の範囲では、周波数が１０倍になると振幅の包絡線が－２０ｄＢ低下している（これを－２０ｄＢ／ｄｅｃとも表記する）。周波数が１／｛π（ｔ２－ｔ１）｝［Ｈｚ］以上の範囲では、振幅の包絡線が－４０ｄＢ／ｄｅｃ低下している。
　このように、スイッチング動作時における電圧または電流の時間波形は、低周波数成分から高周波数成分までの幅広い周波数成分を有している。このうちの１／（πＴ０）［Ｈｚ］以上の周波数成分がノイズに該当しており、低減すべき対象となる。
　なお、ノイズを過小評価しないように、時間波形の立ち上がり時間と立ち下がり時間とが異なる場合には、より短い方の時間を用いて周波数成分を計算することが好ましい。または、包絡線ではなく、フーリエ変換後の波形を用いて評価してもよい。
　＜リアクトル＞
　第２例に従う電力変換装置（図２参照）において、スイッチング素子６およびリアクトル８間の配線は、当該配線を構成するプリント基板上の配線パターンおよびケーブルの配線長ができるだけ短くなるように設計することが求められる。
　しかしながら、リアクトル８は、放熱のために放熱板または放熱フィンに近接させて配置されるため、実際には、プリント基板上に実装されたスイッチング素子６とは離れて配置されることが多い。また、リアクトル８は鉄系材料などの磁性体で形成され、その重量が大きいことから、プリント基板の変形を回避するために、プリント基板の外部にリアクトル８が配置される場合がある。本実施の形態において、リアクトル８は、磁性体に巻き付けられた配線部およびその配線部から伸びたリード線によって構成されていると考え、リード線も第２配線の一部と考えても構わない。
　このような場合には、第２例に示すように、スイッチング素子６とリアクトル８との間に磁性体フィルタ７を実装することができる。具体的には、ノイズフィルタ５の減衰特性を考慮して、スイッチング素子６および磁性体フィルタ７間の第２配線１０４を構成する配線パターンまたはケーブルの配線長および配線の引き回しなどを設計する。
　このとき、第２配線１０４と第１配線１００，１０１との磁気結合によるノイズの伝搬特性（減衰特性Ｂ）を低下させて、ノイズフィルタ５の減衰特性Ａよりも小さくする（Ｂ＜Ａ）。より好ましくは、Ｂ［ｄＢ］＋６ｄＢ＜Ａ［ｄＢ］となるように、減衰特性Ｂを設計する。このように６ｄＢ以上のマージンを設けて減衰特性Ｂを設定することにより、ケーブルおよび配線パターンの引き回しなどの製造誤差または測定誤差を考慮した上で、減衰特性Ａと減衰特性Ｂとの間に有意な差を生じさせることができる。
　＜磁性体フィルタ＞
　磁性体フィルタ７の周波数特性は、一般的にその材料によって変化する。磁性体フィルタ７には、スイッチング素子６の駆動周波数に応じて、Ｍｎ－Ｚｎ系フェライトおよびＮｉ－Ｚｎ系フェライトなどが用いられる。Ｍｎ－Ｚｎ系フェライトは、約１ｋＨｚ～１ＭＨｚ程度のノイズを低減できる。Ｎｉ－Ｚｎ系フェライトは、約１ＭＨｚ～３００ＭＨｚ程度のノイズを低減できる。さらに、磁性体フィルタ７の材料または形状を最適化することにより、特定の周波数帯域において大きなインピーダンスを有する磁性体フィルタ７を形成することも可能である。
　第１例（図１参照）の第２配線１０３および第２例（図２参照）の第２配線１０４，１０５には、磁性体フィルタ７として、ノーマルモードチョークコイルまたはフェライトビーズなどを実装することができる。あるいは、フェライトコアのように、第２配線１０４および第２配線１０５を接続した状態でケーブルが巻き付けられることによって、磁性体フィルタ７を非接触に実装することができる。
　なお、磁性体は電流容量が増えると磁気飽和する可能性があるため、磁性体フィルタ７には、電力変換装置の最大定格電流で磁気飽和しないものが用いられる。磁性体にギャップ（空隙）を設ける、または、磁性体に比透磁率が小さいものを用いることによって、磁気飽和を回避することができる。あるいは、磁性体に放熱機構を設ける、または、磁性体の断面積が大きいものを用いることによって、磁気飽和を回避することも可能である。さらに、東芝マテリアル社製のスパイクキラー（アモルファス磁性体）のように、飽和しにくく、磁気エネルギーを保持しにくく、かつ、電流オフ時の逆起電力が小さい（ノイズが小さい）磁性体を用いることもできる。
　磁性体フィルタ７にはギャップが形成されていてもよい。配線を磁性体フィルタ７に取り付ける際の巻き方には、線間の寄生容量を考慮する必要がない場合、キャンセル巻またはバイファラ巻などを用いることができる。また、ケーブル等へ磁性体フィルタ７を後付けできるように、分割型のフェライトコアを用いてもよい。
　磁性体フィルタ７のインピーダンスの周波数特性は、目的の周波数におけるインピーダンスが大きい方が望ましい。磁性体フィルタ７のインピーダンスは、磁性体フィルタ７の自己インダクタンスをＬとすると、２πｆＬ（ｆは周波数［Ｈｚ］）で与えられる。ただし、ケーブルの自己インダクタンスは１ｎＨ／ｍｍ程度であり、磁性体フィルタ７の自己インダクタンスに比べて小さいため、磁性体フィルタ７のインダクタンス値によらず、磁性体フィルタ７による効果を得ることができる。
　＜ノイズフィルタ＞
　ノイズフィルタ５には、少なくともコモンモードチョークコイル、ノーマルモードチョークコイル、線間コンデンサ（Ｘコンデンサとも称する）、対地間コンデンサ（Ｙコンデンサとも称する）および抵抗素子のうちの少なくとも１つを用いることができる。なお、バリスタまたはアレスタなどの誘電雷対策に用いられる部品は数０．１ｐＦ～数１００ｐＦ程度の容量成分を有するため、これらの部品を線間コンデンサまたは対地間コンデンサとして用いることができる。
　図５は、ノイズフィルタ５の第１構成例を示す図である。図５に示すように、第１構成例に従うノイズフィルタ５は、入力端子９，１０、出力端子１１，１２、線間コンデンサ１３－１，１３－２，１３－３、対地間コンデンサ１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６および、コモンモードチョークコイル１５－１，１５－２を有する。以下の説明では、線間コンデンサ１３－１，１３－２，１３－３を総称して、線間コンデンサ１３とも称する。対地間コンデンサ１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５，１４－６を総称して、対地間コンデンサ１４とも称する。コモンモードチョークコイル１５－１，１５－２を総称して、コモンモードチョークコイル１５とも称する。
　入力端子９は外部電極１に接続され、入力端子１０は外部電極２に接続される。出力端子１１は外部電極３に接続され、出力端子１２は外部電極４に接続される。対地間コンデンサ１４は電力変換装置の基準電位となるような筐体またはプリント基板内での基準電位であればよく、必ずしもアース（グラウンド、接地電位）に接続する必要はない。対地間コンデンサ１４を多段に配置することによってノイズの減衰特性を向上させることができる。また、線間に対して２個の対地間コンデンサ１４を直列に接続することによって、線間コンデンサの一部としても機能させることができる。
　図６は、ノイズフィルタ５の第２構成例を示す図である。図６に示すように、第２構成例に従うノイズフィルタ５は、入力端子９，１０、出力端子１１，１２、線間コンデンサ１３－１，１３－２、対地間コンデンサ１４、コモンモードチョークコイル１５および、ノーマルモードチョークコイル１６を有する。
　チョークコイルは、磁気飽和しないように、流れる電流よりも許容電流が大きいものを用いる。特にノーマルモードチョークコイルは磁気飽和してフィルタとしての特性を大幅に悪化させてしまうおそれがあるため、最大定格電流が流れても磁気飽和しないように設計することが望ましい。
　なお、図５および図６では、単相２線のノイズフィルタを示したが、単相３線、３相３線、３相４線などのノイズフィルタでも同様に設計することができる。
　＜ケーブル＞
　実施の形態１に従う電力変換装置において、プリント基板の外部で部品間を接続するために用いられるケーブルについて説明する。
　ケーブルは、単線および、リッツ線などの撚り線のいずれであってもよい。ケーブルの材料には一般的に導電率が高い銅、アルミニウムまたは鉄が用いられるが、これらの合金または別の材料を用いてもよい。導線の線径は、最大定格電流を流すことができる線径であればよい。導線の外周を被覆する被覆部材の厚さおよび材料は限定されない。ただし、導線の絶縁破壊耐圧が約１ｋＶ／ｍｍであることを考慮して、被覆部材の絶縁破壊耐圧がこれよりも小さくならないようにする必要がある。
　ケーブルとプリント基板、または、ケーブルとリアクトルとを接続するときには、ケーブルの先端にファストン端子などのコネクタが圧着、ネジ止めまたは半田付けなどで取り付けられる。２本のケーブルを接続するときには、端子台または、ボルトおよびナットなどを用いることができる。ただし、ケーブルと他の部品との接続が弱いと接触抵抗が大きくなり、熱によってケーブルまたは部品が破損する可能性がある。そのため、接触抵抗が小さくなるようにケーブルと他の部品とを接続する必要がある。具体的には、部品間の接触力をＦｔｃ［Ｎ］とし、接触抵抗をＲｔｃ［Ω］とすると、Ｒｔｃは１／√Ｆｔｃに比例する。すなわち、接触力が大きくなるに従って接触抵抗が小さくなる。
　＜負荷＞
　実施の形態１に従う電力変換装置の外部電極３，４には、負荷として、別の電力変換装置、回転機（モータ、コンプレッサなど）または、２次電池が接続される。あるいは、外部電極３，４には、電力を消費して演算を実行するＩＣ、電熱線などの電気ヒータ、光源、またはセンサ類が接続される。
　＜ノイズ設計の対象＞
　「伝導ノイズ」は、一般に、電力変換装置が搭載される電子機器の外部に接続される電源線などのケーブルを経由して伝搬する高周波信号をいう。「放射ノイズ」は、一般に、機器の外部に空間を経由して伝搬する高周波信号をいう。伝導ノイズは、雑音端子電圧、伝導エミッション、伝導ＥＭＩ、伝導妨害波、妨害電力、雑音電力などとも称される。放射ノイズは、放射エミッション、放射ＥＭＩ、放射妨害波、妨害波電力などとも称される。
　ノイズ試験であるＥＭＣ試験に関しては、法律または法令によって、電子機器の種別ごとに測定方法および限界値についての規格が定められている。そのため、実施の形態１では代表的な規格を述べる。ただし、実施の形態１は他の規格にも有効である。
　伝導ノイズの測定では、ピーク（ＰＫ）検波、準ピーク（ＱＰ）検波、平均値（ＡＶ）検波が一般的に用いられる。疑似電源回路網（ＬＩＳＮまたはＡＭＮとも称される）の出力をスペクトラムアナライザまたはＥＭＩレシーバなどの測定器で測定することにより、伝導ノイズを測定する。
　放射ノイズの測定では、電子機器から１ｍ～１０ｍの距離を離して受信アンテナを設置し、電子機器から出力される電磁波を受信アンテナで受信する。アンテナ端電圧をピーク（ＰＫ：ＰＥＡＫ）検波、準ピーク（ＱＰ：ＱＵＡＳＩ　ＰＥＡＫ）検波、平均値（ＡＶ：ＡＶＥＲＡＧＥ）検波に従って測定するとともに、水平偏波または垂直偏波を測定する。さらに、電波の指向性を考慮して、ターンテーブルまたは、ハイトパターン測定用の装置を用いた測定を行なう。
　規格としては、ＣＩＳＰＲ（Comite　International　Special　des　Perturbations　Radioelectriques；国際無線障害特別委員会）１１、ＣＩＳＰＲ１４、ＣＩＳＰＲ１５、ＣＩＳＰＲ２５、ＣＩＳＰＲ３２、ＩＥＣ（International　Electrotechnical　Commission；国際電気標準会議）などがある。日本国内では、電気用品安全法がある。
　例えばＩＥＣでは、１５０ｋＨｚ～３０ＭＨｚの範囲において伝導ノイズの規格が定められている。ＩＥＣでは、さらに、３０ＭＨｚ～１ＧＨｚの範囲において放射ノイズの規格が定められている。
　高周波ノイズは電子機器の動作を妨げるおそれがあるとともに、電子機器内部の電子回路を破壊させるおそれがあるため、これらの不具合が生じないように規格が定められている。例えば空気調和機においては、電気用品安全法では５００ｋＨｚ以上の範囲においてスイッチングノイズの規格が定められており、ＣＩＳＰＲでは１５０ｋＨｚ以上の範囲においてスイッチングノイズの規格が定められている。実施の形態１に従う電力変換装置によれば、これらの周波数範囲でのノイズを低減させることができる。
　＜コンバータの種類＞
　実施の形態１に従う電力変換装置は、スイッチング素子６にパワー半導体素子を用いることにより、以下に示す４種類の電力変換器を構築することができる。
　第１の電力変換器はＤＣ－ＡＣ変換器（インバータとも称する）であり、圧縮機を含むモータまたはコイルなどの駆動電力を生成する。第２の電力変換器はＡＣ－ＤＣコンバータであり、商用電源から二次電池などを充電するために用いられる。第３の電力変換器はＤＣ－ＤＣコンバータであり、所望の直流電圧を出力するように昇圧動作および／または降圧動作を行なう。第４の電力変換器はＡＣ－ＡＣ変換器（マトリックスコンバータとも称する）であり、所望の周波数のＡＣ電源を生成することができる。
　なお、電力変換装置は、複数種類の電力変換器を組み合わせた構成とすることができる。例えばＡＣ－ＤＣ変換器とＤＣ－ＡＣ変換器とを組み合わせることによって、電力変換装置は、商用交流電源（ＡＣ）から回転機を駆動するための任意の周波数の交流電流（ＡＣ）を生成することができる。さらに、ＡＣ－ＤＣ変換器と、昇圧用ＤＣ－ＤＣ変換器と、ＤＣ－ＡＣ変換器とを用いることで、電力変換効率の高い変換器を構成することができる。
　上記電力変換器に含まれるスイッチング素子のオンオフを制御するために、一般的に、ゲート駆動ＩＣが用いられる。ゲート駆動ＩＣは、スイッチング素子のゲート電圧またはゲート電流を制御するように構成される。
　上記４種類の電力変換器には、入力と出力とが非絶縁であるものと、入力と出力とが絶縁されているものとがある。実施の形態１では明記しない限り、非絶縁型の電力変換器を用いるものとする。なお、絶縁型の電力変換器を用いても、実施の形態１による効果を得ることができる。
　（１）ＤＣ－ＤＣコンバータ
　ＤＣ－ＤＣコンバータのうち、小型で電子機器の電源などに用いられるものは、スイッチングレギュレータとも称される。実施の形態１に従う電力変換装置は、スイッチングレギュレータに適用することができる。なお、スイッチングレギュレータの制御は、電流連続モード、電流不連続モードおよび電流臨界モードのいずれであってもよい。
　以下では、実施の形態１に従う電力変換装置の適用例として、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ、降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ、昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータおよび４象限チョッパ回路の各々について順番に説明する。
　（１－１）昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータ
　図７は、実施の形態１に従う電力変換装置が適用された昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータの第１の構成例を示す図である。図７に示す昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータは、第２例に従う電力変換装置（図２参照）に対して、ダイオード１７および平滑コンデンサ１８を追加したものである。ダイオード１７は、アノードが第２配線１０５に接続され、カソードが第３配線１０６に接続される。平滑コンデンサ１８は、第３配線１０６および第３配線１０７の間に接続される。
　リアクトル８は、スイッチング素子６のターンオンに応じて、外部電極１を経由して供給される直流電源のエネルギーを磁気エネルギーとして蓄積する。スイッチング素子６がターンオフされると、リアクトル８は、蓄積される磁気エネルギーを放出する。放出された磁気エネルギーは直流電源の出力電圧に重畳されるため、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータは、直流電源の出力電圧よりも高い電圧を出力することができる。
　電圧の出力時には、平滑コンデンサ１８の両端にも電圧が印加されるため、平滑コンデンサ１８に電気エネルギーが蓄積される。出力電圧が低下すると、平滑コンデンサ１８は蓄積されている電気エネルギーを放出する。これにより、出力電圧を安定化させることができる。平滑コンデンサ１８には数１００ｎＦ～数１０ｍＦ程度の容量を有するコンデンサを用いることができる。
　ダイオード１７は、スイッチング素子６がオフ状態のときに、平滑コンデンサ１８から入力側に電流が流れることを防止するために設けられている。これにより、出力電圧の低下を抑制することができる。ダイオード１７は還流ダイオードとも称される。
　図７の例では、第２配線１０４を介してスイッチング素子６と直列に磁性体フィルタ７が接続される。磁性体フィルタ７は、第２配線１０５を介してリアクトル８およびダイオード１７に接続される。この構成において、磁性体フィルタ７、ダイオード１７およびリアクトル８は、同一基板上に近接して配置されることが望ましい。ただし、上述したように、放熱および重量を考慮してリアクトル８を、スイッチング素子６およびダイオード１７が実装されたプリント基板の外部に配置する場合には、リアクトル８と磁性体フィルタ７およびダイオード１７とはケーブルにより接続されることになる。したがって、磁性体フィルタ７は必ずしもプリント基板上に実装されていなくてもよい。
　図７の例では、リアクトル８はノイズフィルタ５を介して外部電極１に接続されるため、リアクトル８およびノイズフィルタ５を合わせた減衰特性を、ノイズフィルタ５の減衰特性とみなすことができる。ただし、リアクトル８の周囲には強い磁場が形成されるため、リアクトル８とノイズフィルタ５とを数ｍｍ～数ｃｍ程度に近接させる場合には、ノイズフィルタ５単体の減衰特性と、ノイズフィルタ５とリアクトル８との磁気結合を含めた空間結合による減衰特性とを比較する必要がある。後者の減衰特性における減衰量に、ノイズフィルタ５単体の減衰量に対する有意差が得られない場合には、シールド等を設けることが必要となる。
　このように、第２配線１０５の一部としてリアクトル８を構成する配線、第２配線１０５の一部としてダイオード１７を構成する配線、第２配線１０４の一部としてスイッチング素子６を構成する配線を考慮しても構わない。特に、リアクトル８はノイズフィルタ５を構成する磁性体との磁気結合がしやすいため、上述したように磁気結合しやすい箇所に関しては、本実施の形態に係る減衰特性に従って、磁性体フィルタ等の設計する必要がある。
　図８は、実施の形態１に従う電力変換装置が適用された昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータの第２の構成例を示す図である。
　図８に示す第２の構成例は、図７に示す第１の構成例と比較して、磁性体フィルタ７の位置が異なっている。第２の構成例では、磁性体フィルタ７は、第２配線１０４を介してスイッチング素子６およびダイオード１７に接続される。
　第２の構成例は、スイッチング素子６およびダイオード１７を接続する第２配線１０４の長さに比べて、スイッチング素子６およびリアクトル８を接続する第２配線１０４および第２配線１０４の合計長さが長くなる場合に適用することができる。
　特に、リアクトル８がスイッチング素子６と同一基板上に配置されず、ケーブルによってリアクトル８とスイッチング素子６とが接続される場合には、当該ケーブルにフェライトコアなどの磁性体フィルタ７が設けられる。
　また、図７では、第２配線１０４を流れる電流が大きいため、抵抗成分が大きい磁性体フィルタ７を用いると、磁性体フィルタ７の発熱によって電力変換効率が低下する。一方、抵抗成分を小さくしつつインピーダンス成分を大きくするために、インダクタンス成分が大きい磁性体フィルタ７を用いると、スイッチング素子６がオフした瞬間に、磁性体フィルタ７に蓄積した磁気エネルギーが電圧源となる。その結果、スイッチング素子６の両端に逆起電力がかかるとともに、スイッチング素子６の両端の寄生容量によるノイズの伝搬経路が形成されるため、スイッチングノイズを発生させやすくなる。そのため、磁性体フィルタ７には、抵抗成分が小さく、かつ磁気エネルギーを保持しにくいものが望ましい。
　一方、図８のようにリアクトル８と直列に磁性体フィルタ７を配置する場合、磁性体フィルタ７に蓄積した磁気エネルギーが流れる電流経路においては、スイッチング素子６の両端のインピーダンスおよび外部電極３，４に接続される負荷回路のインピーダンスよりも、ダイオード１７および平滑コンデンサ１８の直列回路のインピーダンスの方が小さくなるため、スイッチング素子６の両端に逆起電力が発生しにくい。すなわち、スイッチングノイズを発生させにくくすることができる。したがって、第２配線１０４と第１配線１００，１０１との磁気結合を許容できるのであれば、図８のように磁性体フィルタ７を配置することが望ましい。
　（１－２）降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ
　図９は、実施の形態１に従う電力変換装置が適用された降圧ＤＣ－ＤＣコンバータの構成例を示す図である。
　図９に示す降圧ＤＣ－ＤＣコンバータにおいても、上述した昇圧コンバータと同様、スイッチング素子６のオン状態においてリアクトル８に磁気エネルギーが蓄積される。このとき、ダイオード１７（還流ダイオード）の逆流防止作用により、リアクトル８にのみ電流が流れる。スイッチング素子６をターンオフすると、リアクトル８に蓄えられた磁気エネルギーが負荷に放出される。ただし、昇圧時とは異なり、電源側の電圧および電流がスイッチング素子６によって遮断されているため、スイッチング素子６のオンデューティに応じた任意の電圧に降圧された電圧を出力することができる。
　図９に示す降圧ＤＣ－ＤＣコンバータにおいては、スイッチング素子６とノイズフィルタ５との間にリアクトル８が接続されないため、ノイズフィルタ５の減衰特性と、第２配線１０４と第１配線１００または１０１との空間結合による減衰特性とを比較する。空間結合の減衰特性がノイズフィルタ５の減衰特性よりも小さくなるように必要がある。
　図９の例では、スイッチング素子６とリアクトル８との間に磁性体フィルタ７を実装することにより、空間結合による減衰特性をノイズフィルタ５の減衰特性よりも小さくすることができる。これにより、ノイズフィルタ５の見かけ上の減衰特性を高めることが可能となる。
　（１－３）昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータ
　図１０は、実施の形態１に従う電力変換装置が適用された昇降圧コンバータの構成例を示す図である。
　図１０に示す昇降圧コンバータは、図７に示した昇圧コンバータと類似しているが、リアクトル８に蓄積された磁気エネルギーの放出時に外部電極１，２間に電源が接続されていない点が、昇圧コンバータとは異なる。このような構成とすることにより、昇降圧コンバータは、出力電圧を０以上に制御することができるため、昇圧回路および降圧回路のいずれにも用いることができる。ただし、リアクトル８に、インダクタンス値の大きいものを用いる必要がある。
　昇降圧ＤＣ－ＤＣコンバータにおいても、第２配線１０４に磁性体フィルタ７を接続する。磁性体フィルタ７を、第２配線１０５を介してダイオード１７およびリアクトル８に接続する。ただし、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータと同様に、リアクトル８がスイッチング素子６と同一基板上に配置されず、ケーブルによってリアクトル８とスイッチング素子６とが接続される場合には、当該ケーブルにフェライトコアなどの磁性体フィルタ７が設けられる。
　（１－４）四象限コンバータ
　図１１は、実施の形態１に従う電力変換装置が適用された四象限コンバータの構成例を示す図である。四象限コンバータは、直流出力電圧の正（出力）および負（入力）、ならびに、出力電流の正負のいずれの組合せでも出力できる回路である。
　図１１に示す四象限コンバータは、複数のスイッチング素子のオンオフを制御することによって、正方向（外部電極３から外部電極４の向きに電流が流れる方向）の力行および回生、ならびに負方向（外部電極４から外部電極３の向きに電流が流れる方向）の力行および回生の４種類の動作を実行可能に構成される。
　図１１の例では、四象限コンバータは、４個のスイッチング素子６－１～６－４と、リアクトル８と、４個の磁性体フィルタ７－１～７－４と、ノイズフィルタ５とを有する。四象限コンバータは、第１配線１００，１０１と、第２配線１０４，１０５，１０９～１１２と、第３配線１０６，１０７とを有する。
　磁性体フィルタ７－１は、第２配線１０４を介してスイッチング素子６－１に接続され、第２配線１１１を介してリアクトル８に接続される。磁性体フィルタ７－２は、第２配線１０５を介してスイッチング素子６－２に接続され、第２配線１１１を介してリアクトル８に接続される。磁性体フィルタ７－３は、第２配線１０９を介してスイッチング素子６－３に接続され、第２配線１１２を介してリアクトル８に接続される。磁性体フィルタ７－４は、第２配線１１０を介してスイッチング素子６－４に接続され、第２配線１１２を介してリアクトル８に接続される。
　上記構成とすることにより、第２配線１０４、第２配線１０５、第２配線１０９および第２配線１１０の各々と、第１配線１００，１０１との空間結合を低減することができる。これにより、空間結合による減衰特性をノイズフィルタ５の減衰特性よりも小さくすることができるため、実質的にノイズフィルタ５の減衰特性を高めることができる。
　このような構成は、磁性体フィルタ７－１～７－４を接続する位置とともに、第１配線１００，１０１および第２配線１０４，１０５，１０９，１１０の引き回しによって、これを実現することができる。ただし、４個のスイッチング素子６－１～６－４の全てに対して磁性体フィルタ７を設ける必要がない。例えば第１配線１００，１０１と第２配線１０４，１０５，１０９，１１０のいずれかとの間の配線距離を離すことができる場合には空間結合を低減させることができるため、一部のスイッチング素子にのみ磁性体フィルタ７を設ける構成とすることができる。
　さらに、第２配線１０４，１０５および第１配線１００，１０１間の空間結合ならびに、第２配線１１０，１１２および第１配線１００，１０１間の空間結合が、本実施の形態の条件を満たす場合においては、図１２のように、第２配線１０４，１０５とリアクトル８との間の第２配線１１１の間に磁性体フィルタ７－１を取り付けるとともに、第２配線１１０，１１２と外部電極４との間に磁性体フィルタ７－２を取り付けても構わない。
　それに加えて、第３配線１０６，１０７および第１配線１００，１０１間の空間結合が本実施の形態の条件を満たす場合においては、第２配線１０６，１０７に磁性体フィルタ７－３，７－４を取り付けても構わない。
　また、図１２では第２配線１０６，１０７の各々に磁性体フィルタを取り付ける構成を示しているが、１つの磁性体部品（例えば、リング状コア）に対して、第２配線１０６，１０７を巻き付ける構成、すなわち、コモンモードフィルタとする構成としてもよい。同様に、第２配線１１０，１１２においても、１つの磁性体部品に対して第２配線１１０，１１２を巻き付ける構成としてもよい。
　（１－５）フルブリッジコンバータ
　図１３は、実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたフルブリッジコンバータの構成例を示す図である。
　図１３に示すフルブリッジコンバータでは、図１１に示した四象限コンバータと同様に、４個のスイッチング素子６－１～６－４の各々に対して磁性体フィルタ７－１～７－４が設けられる。フルブリッジコンバータは、四象限コンバータと比較して、変圧器１９、平滑コンデンサ１８およびダイオードブリッジ２０を有する点が異なる。
　変圧器１９は、第２配線１１１と第２配線１１２との間に接続される。変圧器１９の１次巻線はリアクトルとみなすことができるため、実施の形態１に従う電力変換装置を適用することができる。変圧器１９の二次巻線にはダイオードブリッジ２０が接続されている。ダイオードブリッジ２０により全波整流された電圧は、リアクトル８および平滑コンデンサ１８を通ることによって直流電圧に変換される。フルブリッジコンバータを使うことによって、容易に数ｋＶ程度の直流電圧を作り出すことができる。
　図示は省略するが、他の絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである、フライバックコンバータ、フォワードコンバータなどにも、スイッチング素子とリアクトルとの間に磁性体フィルタを設けることによって、空間結合により伝搬するノイズを低減することができる。この結果、ノイズフィルタ５の減衰特性の低下を抑制することができる。
　＜ＡＣ－ＤＣコンバータ＞
　図１４は、実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたＡＣ－ＤＣコンバータの第１の構成例を示す図である。
　図１４参照して、ＡＣ－ＤＣコンバータは、４つのスイッチング素子６－１～６－４を有する。４つのスイッチング素子６－１～６－４に対応して、４つの磁性体フィルタ７－１～７－４が設けられている。
　磁性体フィルタ７－１～７－４によって第１配線１００，１０１と第２配線１０４，１０５，１０９，１１０との空間結合により伝搬するノイズを低減することができる。特に、スイッチング素子６とこれに対応する磁性体フィルタ７との距離が数ｃｍ程度と短い場合において、効率よく空間結合を低減させることができる。
　ＡＣ－ＤＣコンバータは、スイッチング素子の代わりに、ダイオードブリッジにより構成される場合がある。ただし、大電流が流れるスイッチング回路には、ダイオードの閾値電圧（抵抗成分）による損失が大きいため、ダイオードブリッジは不向きである。そのため、スイッチング素子の一部にダイオードを用いる場合、またはダイオードブリッジの一部にスイッチング素子を用いる場合（例えば、トーテムポール型ＡＣ－ＤＣコンバータ）においては、実施の形態１に従う電力変換装置を適用することができる。
　図１５は、実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたＡＣ－ＤＣコンバータの第２の構成例である昇圧チョッパ複合整流回路を示す図である。
　図１５に示すように、昇圧チョッパ複合整流回路は、４つのダイオード１７－１～１７－４からなるダイオードブリッジにより交流電圧を全波整流した後、リアクトル８によって直流電圧に変換する。さらに、直流電圧を、スイッチング素子６、ダイオード１７および平滑コンデンサ１８からなる昇圧回路によって昇圧させる。
　図１５の例においても、スイッチング素子６とリアクトル８との間に磁性体フィルタ７を設けることにより、第２配線１０４と第１配線１００，１０１との間の空間結合を低減することができる。これにより、外部電極１，２間に流れるノイズを低減させることができるため、ノイズフィルタ５の減衰特性の低下を抑制することができる。
　＜ＤＣ－ＡＣコンバータ＞
　図１６は、実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたＤＣ－ＡＣコンバータの第１の構成例を示す図である。図１７は、実施の形態１に従う電力変換装置が適用されたＤＣ－ＡＣコンバータの第２の構成例を示す図である。
　図１６は、単相インバータに実施の形態１に従う電力変換装置を適用した構成例であり、図１７は三相インバータに実施の形態１に従う電力変換装置適用した構成例である。単相インバータと三相インバータとの間で磁性体フィルタ７の取り付け方に違いがないことから、以下では、図１６に示す第１の構成例について説明する。
　単相インバータにおいても、上記のＤＣ－ＤＣコンバータと同様、第２配線１０４，１０５，１０９，１１０の各々と第１配線１００，１０１との空間結合を低減するために磁性体フィルタ７－１～７－４が設けられる。
　磁性体フィルタ７がない場合、スイッチング素子６－１のノイズは第２配線１０４を通って外部電極３に伝搬され、外部電極３，４間に接続される負荷を経由して外部電極４から戻ってくる。このようにノイズの伝搬経路が長くなるため、第１配線１００，１０１との間に多くの空間結合を発生させることになる。その結果、ノイズフィルタ５単体の減衰特性に比べて、ノイズフィルタ５をスイッチング素子６－１～６－４に接続した場合の減衰特性を悪化させることになる。
　本実施の形態では、図１６に示すように、スイッチング素子６－１～６－４に対して磁性体フィルタ７－１～７－４をそれぞれ設けることにより、ノイズフィルタ５の減衰特性の悪化を抑制することができる。
　この場合においても、昇圧ＤＣ－ＤＣコンバータで記載したとおり、抵抗成分が大きい磁性体フィルタ７－１～７－４を用いると、変換効率の低下が起こる。また、インダクタンス成分が大きい磁性体フィルタ７－１～７－４を用いると、スイッチング素子６－１～６－４のオフ時に、磁性体フィルタ７－１～７－４に蓄積した磁気エネルギーが電圧源となる。その結果、スイッチング素子６－１～６－４の各々の両端に逆起電力がかかるとともに、スイッチング素子６－１～６－４の各々の両端の寄生容量によるノイズの伝搬経路が形成されるため、スイッチングノイズを発生させやすくなる。したがって、磁性体フィルタ７－１～７－４には抵抗成分が小さく、かつ磁気エネルギーを保持しにくいものが望ましい。
　また、各スイッチング素子の近傍に磁性体フィルタを取り付ける構成に代えて、図１８に示すように、本実施の形態における空間結合を満たすのであれば、第２配線１１１，１１２に磁性体フィルタ７－１，７－２をそれぞれ取り付ける構成としてもよい。これにより、磁性体フィルタの個数を減らすことができる。
　さらに、図１９に示すように、図１８に示した磁性体フィルタ７－１，７－２に代えて、第２配線１１１，１１２を１つの磁性体フィルタ７－１に巻き付けた構成としてもよい。
　または、図２０に示すように、図１９に示した磁性体フィルタ７－１に加えて、スイッチング素子６－１～６－４とノイズフィルタ５との間に本実施の形態における空間結合を満たすように、磁性体フィルタ７－２を設ける構成としてもよい。磁性体フィルタ７－２は、１つの磁性体フィルタに対して第３配線１０６，１０７を通したコモンモードフィルタとして記載しているが、他の例と同様、磁性体フィルタを分割して、第３配線１０６，１０７の各々にノーマルモードフィルタとして取り付ける構成としてもよい。
　＜ＡＣ－ＡＣコンバータ＞
　図示は省略するが、ＡＣ－ＡＣコンバータに対しても、実施の形態１に従う電力変換装置を適用することができる。ＡＣ－ＡＣコンバータには、サイクロコンバータ、マトリクスコンバータなどがある。これらのコンバータにもスイッチング素子を用いることから、スイッチング素子に近接して磁性体フィルタを設けることによって、空間結合を低減することができ、結果的にノイズフィルタ５の減衰特性を改善することができる。
　＜相互インダクタンス＞
　次に、２配線間の磁界結合による空間結合について説明する。
　配線に電流が流れると、ビオ・サバールの法則に従い、配線の周囲に電流の振幅に比例する磁場が形成される。配線に流れる電流Ｉがノイズを含む交流電流である場合、時間変化により電磁誘導により磁場が発生する。そして、この磁場は、レンツの法則に従い、配線に起電力Ｖを誘導する。電流Ｉが流れる配線に起電力Ｖを生じさせる現象は自己誘導と称される。電流Ｉが流れる配線の周囲の配線に起電力Ｖを生じさせる現象は相互誘導と称される。自己誘導によるインダクタンスは自己インダクタンスと称され、相互誘導によるインダクタンスは相互インダクタンスと称される。
　実施の形態１では、相互インダクタンスが引き起こすノイズの空間伝搬を低減する方法を示す。図２１を用いて、２つの閉磁路（閉回路）２２－１および２２－２間の磁気結合による相互インダクタンスを説明する。なお、本実施の形態における磁気結合とは相互インダクタンスを意味する。
　相互インダクタンスの導出にはノイマンの公式を利用する。相互インダクタンスをＭとすると、相互インダクタンスＭは次式（１）で表わされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　相互インダクタンスＭが求められることにより、配線２２－１に流れる電流をＩ１とすると、相互誘導により配線２２－２に生じる誘導起電力Ｖは次式（２）で表わすことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）において、ｄは微小量を示しており、ｄｔは微小時間を示しており、ｄＩ１／ｄｔは微小時間における電流の変化を示している。この電流の変化は、ノイズ電流の時間変化と考えることができる。
　図２２は、２本のケーブル２６－１，２６－２間の磁気結合を説明する図である。ケーブル２６－１，２６－２の磁気結合による相互インダクタンスＭは、上記式（１）によって導出することができる。ケーブル２６－１，２６－２は、実施の形態１に従う電力変換装置における第１配線１００，１０１および第２配線１０３をそれぞれ表している。
　ケーブル２６－１，２６－２の中心間距離２８をｇ［ｍ］とし、各ケーブルの長さ２７をＬ［ｍ］とすると、相互インダクタンスＭは次式（３）にて表わすことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　＜磁界結合による誘導電圧＞
　自己誘導による誘導起電力Ｖは、配線に流れる電流をＩとし、自己インダクタンスをＬとすると、Ｖ＝Ｌ・ｄＩ／ｄｔで表わすことができる。また、相互誘導による誘導起電力Ｖは、相互インダクタンスをＭとすると、Ｖ＝Ｍ・ｄＩ／ｄｔで表わすことができる。
　このように配線に流れる電流（ノイズ成分を含む）の時間変化ｄＩ／ｄｔが０ではない場合、一方の配線に流れるノイズ電流によって、周囲の配線を含む導体にノイズ電圧を発生させる。このノイズ電圧はさらに、導体または空間を経由して回路を形成し、当該回路のインピーダンスによりノイズ電流を発生させる。
　実施の形態１では、スイッチング素子６およびリアクトル８間の第２配線１０３と、外部電極１，２およびノイズフィルタ５間の第１配線１００，１０１との磁界結合を低減させることにより、第２配線に流れるノイズ電流が、第１配線に混入しないようにする。このように配線間の磁界結合を考慮してノイズフィルタ５および磁性体フィルタ７の位置、ならびに配線の引き回しを設計することは、従来技術にはない概念である。
　磁界結合を低減するため、実施の形態１に従う電力変換装置では、スイッチング素子６とリアクトル８とを接続する第２配線１０３に対して、スイッチング素子６に近接するように磁性体フィルタ７を設ける構成とする。さらに、第２配線１０３と、外部電極１，２およびノイズフィルタ５を接続する第１配線１００，１０１との配線間距離を離す構成とする。
　理論的には配線間距離を離すことによって、磁界結合によるノイズの伝搬量が低減するが、実際の設計では、ノイズフィルタ５の減衰特性に比べて、磁界結合により空間を伝搬するノイズの減衰特性が小さくなるように、相互インダクタンスＭを設計する。
　＜寄生容量および浮遊容量＞
　２以上の導体間には必ず寄生容量（浮遊容量とも称する）が発生する。本実施の形態では、簡単のため２つの導体を考える。
　２導体間に発生する寄生容量はコンデンサと同じ原理により発生する。すなわち、寄生容量をＣとすると、Ｃ＝εＳ／ｄで与えられる。ただし、εは誘電率、Ｓは２導体の対向面積、ｄは２導体間の距離である。
　２導体間に生じる電位差をＶとすると、寄生容量Ｃによって導体間の空間に蓄えられる電荷ＱはＱ＝ＣＶとなる。第１の導体にＱ成分が発生し、第２の導体に－Ｑ成分が発生する。導体にノイズが重畳している場合には、電位差Ｖが時間とともに変化するため、電位差Ｖの一次微分ｄＶ／ｄｔは０ではない値を持つことになる。Ｃが一定である条件の下では、ｄＱ／ｄｔ＝Ｃ・ｄＶ／ｄｔが成り立つ。ｄＱ／ｄｔ＝Ｉであるため、Ｉ＝Ｃ・ｄＶ／ｄｔで表わされるノイズ電流が第１の導体から第２の導体に流れることが分かる。
　なお、寄生容量Ｃについては、各導体の形状または誘電率が変化しない限り変化しない、あるいは、変化してもその変化量はｄＱ／ｄｔに比べて十分に小さいため、無視することができる。よって、Ｃは一定と考えることができる。
　負荷によって２導体間に大きな電圧が印加される場合には、電界結合の影響を無視できなくなる。大きな電圧がかかる系においては、コネクタも大きくなる。その結果、スイッチング素子６またはリアクトル８と、コネクタとの距離が近づく場合がある。このような系においては、磁界結合だけでなく、電界結合に関しても考慮する必要がある。その対策としては、コネクタを、スイッチング素子６またはリアクトル８との空間的な距離が離れた位置に配置する。これにより、コネクタとスイッチング素子６またはリアクトル８との電界結合によるノイズ電流の混入量を低減する。
　＜実機での説明＞
　次に、実施の形態１に従う電力変換装置の効果を、実機にて検証した結果を説明する。
　図２３は、図５に示すノイズフィルタ５が搭載された電力変換装置の構成例を示す図である。図２３の例では、ノイズフィルタ５は、線間コンデンサ、対地間コンデンサ、コモンモードチョークコイル、ノーマルモードチョークコイル、ダイオード、抵抗および、バリスタまたはアレスタなどの静電気対策部品を複数組み合わせて構成される。対地間コンデンサは、電力変換装置の筐体に取り付けられる。筐体がない場合、対地間コンデンサは基準電位になる箇所に取り付けられる。
　図２４は、実施の形態１に従う電力変換装置をプリント基板上に実装した第１例を示す平面図である。図２４の例では、プリント基板４３上には、ノイズフィルタ５、コンバータ回路４０、リアクトル８、インバータ回路３１および制御回路４１が実装される。コンバータ回路４０には、スイッチング素子６が実装される。リアクトル８とプリント基板４３とは第２配線１０４によって接続される。第２配線１０４上には、磁性体フィルタ７としてフェライトコア３０が実装されている。
　プリント基板４３には、外部電源を外部電極９，１０に接続するための第１配線１００，１０１が実装されている。この第１配線１００，１０１と第２配線１０４との磁界結合を低減するために、フェライトコア３０の位置および／または、第１配線１００，１０１および第２配線１０４の引き回しが設計される。
　インバータ回路３１の出力端子１１，１２には、第３配線１１４，１１５がそれぞれ接続される。第３配線１１４，１１５には負荷（図示せず）が接続される。
　図２５は、図２３および図２４に示す実施の形態１に従う電力変換装置における雑音端子電圧の測定結果を示す図である。図２５の横軸は周波数を示し、縦軸は雑音端子電圧を示す。なお、試験条件はＣＩＳＰＲ１４に従っている。なお、磁性体フィルタ７としてフェライトコア３０が用いられる。
　実施の形態１による効果を確認するため、図２４の例では、第１配線１００，１０１の各々と第２配線１０４との距離を初期値である３０ｃｍから５０ｃｍに広げている。さらに、フェライトコア３０と、コンバータ回路４０のスイッチング素子６との距離を初期値である３０ｃｍから１０ｃｍに縮めている。
　フェライトコア３０には、非分割トロイダルタイプのフェライトを用いている。当該フェライトのインピーダンスＺは、３０ＨｚにてＺ＝１３９Ω、５０ＭＨｚにてＺ＝１６４Ω、１００ＭＨｚにてＺ＝１９７Ωである。フェライトは、第２配線１０４に対してバイファラ巻で２巻されている。
　図２５中の波形３３は、実施の形態１に従う電力変換装置の雑音端子電圧の測定結果を示し、波形３４は初期状態の電力変換装置の雑音端子電圧の測定結果を示す。波形３２は、ＣＩＳＰＲ１４にて定められている規格の限界値を示す。
　図２５の測定結果によれば、７ＭＨｚ～２０ＭＨｚの範囲において１０ｄＢ以上の効果が現れていることが分かる。一方、０．１ＭＨｚ～７ＭＨｚ、２０ＭＨｚ～３０ＭＨｚの範囲では効果がみられないが、この周波数範囲では電力変換装置以外の機器が発生するノイズ成分が測定されることによる。
　図２４の例では、スイッチング素子６にＧａＮパワー半導体素子を用いている。そのため、筐体の大きさ、リアクトル８のインダクタンスおよび、リアクトル８と筐体との間の寄生容量等の影響により１０ＭＨｚ付近に共振が発生している。
　近年、スイッチング素子６の高速化に伴い、１０ＭＨｚ帯域のノイズが発生しやすくなっている。この１０ＭＨｚ帯域のノイズに対しては、ノイズフィルタを複数組み合わせた従来の多段回路あるいは、コモンモードチョークコイルまたはノーマルモードチョークコイルを用いても、ノイズ低減効果を得ることが難しくなっている。これは、空間結合によってノイズフィルタを経由せずに電力変換装置の外部に伝搬するノイズが多く発生するためである。実施の形態１では、上述したように、磁性体フィルタ７の設置および配線間距離の設計によって空間結合を低減したことにより、ノイズフィルタ５を経由せずに電力変換装置の外部へ伝搬するノイズを低減することができる。
　図２６は、実施の形態１に従う電力変換装置をプリント基板上に実装した第２例を示す平面図である。図２６の例では、プリント基板４３上には、ノイズフィルタ５、インバータ回路３１、コンバータ回路４０、リアクトル８および平滑コンデンサ１８が実装されている。第１配線１００，１０１は外部の交流電源とノイズフィルタ５との間に接続される。交流電源からの電力はノイズフィルタ５を経由してインバータ回路３１に供給される。インバータ回路３１は交流電力を直流電力に変換して出力する。コンバータ回路４０は、この直流電力を任意の周波数の交流電力に変換し、第３配線１１４，１１５を経由して負荷に供給する。
　図２６の構成において、リアクトル８および平滑コンデンサ１８はその重量および発熱を考慮して、プリント基板４３とは別のプリント基板に搭載されている。コンバータ回路４０は、第２配線１０４，１１９によってリアクトル８に接続されるとともに、配線によって平滑コンデンサ１８が搭載された基板に接続される。このような配線においても、磁性体フィルタ７であるフェライトコア３０をコンバータ回路４０に近づけることにより、磁気結合を制御することが可能である。
　なお、ノイズフィルタ５およびコンバータ回路４０はプリント基板４３の上面に搭載され、リアクトル８および平滑コンデンサ１８はプリント基板４３の下側に配置されている。これは、温かい空気は上方に流動するため、熱に弱いリアクトル８や平滑コンデンサ１８を温めないようにし、熱によるリアクトル８のインダクタンス値の低下または、平滑コンデンサ長寿命化を目的としている。そのため、これらの部品を第１配線１００，１０１から離して配置するのは困難である。
　また、第１配線１００，１０１に関しては、通常、端子台を経由して接続するが、雨などの水滴がかかると短絡または腐食する可能性が増加するため、直接雨がかかりにくい大地に近い側に配置される。そのため、第１配線１００，１０１をリアクトル８および平滑コンデンサ１８から離して配置することが困難である。
　そのため、実施の形態１では、第２配線１０４にフェライトコア３０を取り付け、磁気結合によるノイズを除去することにより、ノイズフィルタ５の見かけ上の特性を改善させている。なお、図２６の例では、フェライトコア３０を第２配線１０４のみに取り付ける構成としているが、第２配線１０４および第２配線１１９を１つのフェライトコア３０に対して巻き付けても構わない。周波数が１００ＭＨｚ以下である場合には、１ターンだけでなく、複数ターン巻くことによって、フェライトコア３０の効果を高めることができる。一方、周波数が１００ＭＨｚ以上である場合には、フェライトコア３０に対して配線を複数回巻くことにより、巻き付けた配線間の電界結合が増え、フェライトコア３０の見かけ上の特性が劣化したようになるため、１ターン～３ターン程度とすることが望ましい。
　実施の形態２．
　実施の形態２では、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズについて説明する。
　＜ノーマルモード＞
　ノーマルモードノイズとは、ノイズ源であるスイッチング素子が電源線に対して直列に接続され、電源電流と同じ方向に沿ってノイズが電流として流れる状態のノイズをいう。電流の往きと戻りとが逆相（位相が１８０度異なる）ことから、ノーマルモードまたはディファレンシャルモードとも呼ばれる。
　＜コモンモード＞
　コモンモードノイズとは、電源線に対して同じ方向に流れる電流が同相（位相が一致する）ことから、コモンモードとも呼ばれる。
　単相の電源線の場合、同相に流れるノイズ源起因の電流であり、そのコモンモードノイズの戻りは筐体とプリント基板との間、筐体と回転機との間の浮遊容量、または対地コンデンサなどを経由して、ノイズ源に戻ってくる。
　＜ノーマルモード、コモンモードに対するノイズフィルタの特性＞
　実施の形態２では、実施の形態１で示した空間結合によるノイズの伝搬、すなわち空間を伝搬することにより減衰特性をＢとし、コモンモードに対するノイズフィルタ５の減衰特性をＣとすると、Ｂ＜Ｃとなるように、Ｂの値を構造設計によって決定する。
　図２７は、図５に示したノイズフィルタ５から、コモンモード成分に影響する部品を抜き出して示した回路図である。線間コンデンサおよびノーマルモードチョークコイルなどのコモンモード成分に影響のない部品については除去して考えることができる。
　図２８は、図２７に示すノイズフィルタのコモンモードに対する減衰特性の測定結果を示す図である。図２８の横軸は周波数を示し、縦軸は減衰特性を示す。図２８の波形３５に示すように、例えば１ＭＨｚにおいて、－７５ｄＢのコモンモードノイズに対する減衰特性が得られている。
　なお、ノイズフィルタの測定には、ベクトルネットワークアナライザまたはインピーダンスアナライザを用いることができる。図２８の測定では、ベクトルネットワークアナライザ（製品名：Ｅ５０６１Ｂ、Ｋｅｙｓｉｇｈｔ社製）を用いた。
　図２９は、図５のノイズフィルタ５から、ノーマルモード成分に影響する部品を抜き出して示した図である。線間コンデンサおよびノーマルモードチョークコイルはノーマルモードに効果があるが、それ以外にも、コモンモードチョークコイルの漏れインダクタンス成分および対地間コンデンサは直列コンデンサとなるため、線間コンデンサとみなすことができる。
　図３０は、図２９に示すノイズフィルタのノーマルモードに対する減衰特性の測定結果を示す図である。図３０の横軸は周波数を示し，縦軸は減衰特性を示す。図３０の波形３７に示すように、例えば１ＭＨｚにおいて、－８２ｄＢのノーマルモードノイズに対する減衰特性が得られている。
　＜空間結合によるノイズの伝搬＞
　第１配線１００と第１配線１０１とは、通常、数ｃｍ以内に近接して伴走されることが多い。これは、製造しやすさのために第１配線１００，１０１を束ねて機器内に配置すること、および、機器内に設けた突起部に第１配線１００，１００を固定することが多いためである。
　しかし、実施の形態１で示したように空間結合によってノイズが伝搬する場合、第１配線１００および第１配線１０１が近接して伴走している状態と同じ磁気結合が得られやすい。特に、磁気結合が２つの配線間で互いに等しい場合には、２つの配線に対して均等に誘導電圧が発生するため、同相成分であるコモンモード成分が支配的となる。そのため、空間結合によるノイズの伝搬はコモンモードノイズを発生させやすい。
　一方、ノーマルモードノイズが発生するのは、ケーブルの配線長の違いまたは、第１配線１００と第１配線１０１との両端のインピーダンス（例えばノイズフィルタ５のインピーダンス）の違いに起因する。第１配線１００および第１配線１０１の位相がずれることにより、コモンモードノイズからノーマルモードノイズに変化することによっても、ノーマルモードノイズが起こり得る。その他にも、第１配線１００および第２配線１０４間の距離が、第１配線１０１および第２配線１０４間の距離と異なる場合、または、第１配線１００および第２配線１０４の向きが第１配線１０１および第２配線１０４の向きと異なる場合において、ノーマルモードノイズが増加する。
　図３１は、実施の形態１で示した相互インダクタンスＭ（式（３））と、図２８に示したノイズフィルタのコモンモード成分に対する特性とを比較した結果を示す図である。
　図２８に示したノイズフィルタの場合、相互インダクタンスＭがＭ＝０．０１ｎＨであれば、ノイズフィルタのコモンモード成分よりも磁気結合によるノイズの伝搬時の減衰特性を小さくすることができる。
　相互インダクタンスＭを表す式（３）によれば、例えばスイッチング素子６と磁性体フィルタ７と間の距離を１ｃｍとし、第１配線１００，１０１と第２配線１０４との間の距離を０．５ｍ以上離して配置することで、Ｍ＜０．０１ｎＨとすることができる。逆に、Ｍ＝０．０１ｎＨを得ようとする場合には、スイッチング素子６と磁性体フィルタ７との距離を１ｃｍ以下にして、第１配線１００，１０１と第２配線１０４との間の距離を０．５ｍ以上離す必要がある。
　なお、２つの配線の向きが平行でない場合または、２つの配線がねじれの関係にある場合においては、相互インダクタンスＭは、式（３）から得られるＭよりも小さくなる。ただし、その場合には両者間の最接近している距離における相互インダクタンスＭ０に対して、２つの配線の向きがなす角をθとすると、Ｍ０・ｃｏｓθを近似値として相互インダクタンスＭを算出することができる。
　実施の形態３．
　実施の形態３ではノイズフィルタ５の周波数特性を考慮した設計について説明する。
　ノイズフィルタ５は、図２５に示した伝導ノイズの測定結果のように周波数特性を有している。また、実施の形態１で示したとおり、ノイズの規格で決められている限度値（例えば、図２５のＣＩＳＰＲ１４に対する限度値３２）には周波数特性がある。
　ここで、ノイズフィルタ５の周波数特性と、限界値の周波数特性とを比較すると、ノイズの規格を上回る周波数帯域に対してのみ、実施の形態１で示す第１配線および第２配線間の相互インダクタンスならびに寄生容量による空間結合による減衰特性Ｂが、ノイズフィルタ５の減衰特性Ａに対して、Ｂ＜Ａとなることを示している。
　例えば図２５においては、７～１０ＭＨｚの周波数帯域におけるノイズが規格に対して厳しく、７～１０ＭＨｚの周波数帯域のノイズを積極的に低減するようにノイズフィルタ５の設計を行なっている。すなわち、そのような周波数帯域に対してのみ、ノイズフィルタ５の減衰特性Ａよりも、第１配線１００，１０１と第２配線１０３間の空間結合によるノイズの減衰特性ＢがＢ＜Ａとなるように、第１配線１００，１０１および第２配線１０３の引き回しと、磁性体フィルタ７の配置を決定するものである。
　なお、上記のように単一の周波数帯域（７～１０ＭＨｚ）だけでなく、複数の周波数帯域（例えば、７～１０ＭＨｚと５００ｋＨｚ～１ＭＨｚとの両方の周波数帯域）になっていても構わない。
　このような概念は、試作をする前の設計段階で設計に組み込むのが望ましい。そのため、以下に、試作をする前の設計段階で共振周波数を予測する手法について説明する。
　共振周波数を予測するには、ノイズ源となるスイッチング素子６の周波数特性、ノイズの伝搬経路の周波数特性、受信ポート（伝導ノイズの場合はＬＩＳＮの周波数特性、放射ノイズの場合はアンテナ自体の周波数特性）を把握する必要がある。
　ノイズ源となるスイッチング素子６の周波数特性は、実施の形態１の図３および図４で示したとおり、設計段階で見積もることができる。受信ポートは、ＬＩＳＮなどの決まった測定器を用いるため、周波数特性を把握することができる。
　一方、課題となるのは、ノイズの伝搬経路の周波数特性である。ノイズは、基本的には回路図の伝搬経路を伝搬するが、それ以外にも寄生成分を考慮する必要がある。この寄生成分に関しては、例えば、等価回路算出ソフトウェア（製品名：Ｑ３Ｄ、Ａｎｓｙｓ社製）を用いることにより、ノイズの伝搬経路のインピーダンスを算出することができる。ノイズ伝搬経路の周波数特性は、Ｑ３Ｄ以外にも、電磁界シミュレータ（例えば、製品名：ＨＦＳＳ、Ａｎｙｓｙｓ社製、製品名：ＭＷｓｔｕｄｉｏ、ＣＳＴ社製、製品名：ＦＥＭＴＥＴ、ムラタソフトウェア社製など）を用いても予測することができる。
　そして、スイッチング素子６の持つ周波数成分と、ノイズの伝搬経路の周波数特性と、受信ポートでの周波数特性とを組み合わせることで、測定点である疑似電源回路網（ＡＭＮ：Artificial　Mains　Networkまたは、ＬＩＳＮ：Line　Impedance　Stabilization　Networkとも呼ばれる）に生じるノイズを見積もることができる。
　なお、寄生成分を算出する際、シミュレータを用いなくても、配線および筐体などの物理的な長さに起因する自己インダクタンスを、理論式から概算することができる。具体的には、算出方法に関しては、自己インダクタンスも相互インダクタンスと同様に、ノイマンの公式から概算値を算出することができる。
　筐体および基板上の配線またはＩＣ間の寄生容量、筐体および配線間の寄生容量、筐体および負荷間の寄生容量、ノイズフィルタ５のコンデンサが持つキャパシタンス、および合成容量として測定対象の持つキャパシタンスを算出することができる。その結果、上記のインダクタンス成分とキャパシタンス成分とが組み合わされ、ノイズ源であるスイッチング素子６から見たとき、直列または並列に接続されることになる。
　直列に接続される場合には、直列共振の周波数帯域ではインピーダンスが０に近づいて見える。並列に接続される場合には並列共振の周波数帯域ではインピーダンスが無限大に近づいて見える。そのような直列共振と並列共振とが複数組み合わされることにより、ノイズの伝搬経路は、複数の周波数帯域で共振を持つインピーダンス特性を持つことになる。その結果から、これらの周波数帯域における空間結合による減衰量を、ノイズフィルタ５の減衰量よりも小さくすることで、ノイズ測定箇所に混入するノイズを低減することができる。これにより、設計段階で共振周波数を予測できるため、本実施の形態で低減すべき周波数帯域を把握することができる。その結果、空間結合を減らすための配線の制約を減らすことができるため、より低コストで小型な電力変換装置を提供することができる。
　実施の形態４．
　図３２は、実施の形態４に従う導体板４５を用いた電力変換装置の一例を示す斜視図である。図３２に示すように、プリント基板４３には、コンバータ回路４０、インバータ回路３１、制御回路４１、コネクタ３９－１，３９－２，３９－３および、導体板４５が実装されている。
　コネクタ３９－１は、商用電源４４（図示せず）に接続されるケーブル３８－１とプリント基板４３とを接続する。ケーブル３８－１は、図１に示す第１配線１００，１０１に相当する。
　ノイズフィルタ５はコネクタ３９－１に接続され、コンバータ回路４０はノイズフィルタ５に接続される。インバータ回路３１は、コンバータ回路４０から出力される直流電力を交流電力に変換する。制御回路４１は、コンバータ回路４０およびインバータ回路３１を制御する。
　コネクタ３９－２は、プリント基板４３の外部に実装されているリアクトル８（図示せず）に接続されるケーブル３８－２と、コンバータ回路４０とを接続する。ケーブル３８－２は、図１に示す第２配線１０３に相当する。コネクタ３９－３は、回転機等の負荷に接続されるケーブル３８－３とインバータ回路３１とを接続する。
　導体板４５は、プリント基板４３上のグラウンド、または、プリント基板４３の周囲の金属筐体（図示せず）に接続される。あるいは、導体板４５は、プリント基板４３上のグラウンドに接続され、かつ、別のケーブルを用いて金属筐体に接続される構成としてもよい。
　導体板４５とグラウンドとは多点で接続することが望ましい。導体板４５とグラウンドとは、はんだ付け、ネジ、バネ、ボルトおよびナット、圧着またはコネクタ等を用いて接続することができる。
　なお、導体板４５は、１枚の平面板に限定されず、曲がっていてもよく、複数枚で構成されていてもよい。また、導体板４５は、プリント基板４３に対して垂直に取り付けなくても構わない。
　導体板４５は、少なくとも、第２配線１０３において、スイッチング素子６と、フェライトコアを含む磁性体フィルタ７との間に設けられる。図３２の例では、導体板４５をスイッチング素子６と磁性体フィルタ７とを接続する第２配線１０３側に設けているが、ノイズフィルタ５と外部端子とを接続する第１配線１００，１０１側に導体板４５を接続しても構わない。
　導体板４５の厚さは限定されるものではない。導体板４５が振動等で意図せずして外れた場合に短絡しないようにするため、導体板４５の表面を誘電体で覆うのが望ましい。
　なお、図３２の例では、コネクタ３９－２，３９―３とコンバータ回路４０およびインバータ回路３１との間に導体板４５を実装しているが、コンバータ回路４０およびインバータ回路３１と、ノイズフィルタ５および制御回路４１との間に導体板４５を実装しても構わない。
　また、図３２の例のように、コネクタ３９―１と、コネクタ３９－２，３９－３とは、プリント基板４３上の対角、またはプリント基板４３の長辺の両端に取り付けるのが望ましい。これにより、ケーブル３８－１（図１での第１配線１００，１０１に相当）とケーブル３８－２（図１での第２配線１０３に相当）との間の距離を離すことができるとともに、導体板４５を配置するスペースを確保することができる。
　実施の形態５．
　図３３は、実施の形態５に従う磁気シールド４７を用いた電力変換装置の一例を示す斜視図である。図３３の構成例は、図３２に示した実施の形態４に従う導体板４５に、強磁性体からなる磁気シールド４７を用いたものである。強磁性体には、鉄、コバルト、ニッケル等を含んだ合金がある。
　図３３の例では、プリント基板４３上のグラウンドまたは金属筐体が強磁性体である場合には、磁気シールド４７は磁石にくっつくという特徴を利用して、磁気シールド４７をプリント基板４３上のグラウンドまたは金属筐体（図示せず）に対して取り付けても構わない。
　磁気シールド４７は、プリント基板４３上のグラウンドまたは金属筐体と導通していなくてもよい。すなわち、グラウンドおよび金属筐体から磁気シールド４７が絶縁（すなわち、直流抵抗が十分に大きいことを意味する）されていても構わない。
　図３４は、常磁性体（銅、アルミ等）および強磁性体におけるシールド効果の測定結果を示す図である。図３４の測定では、常磁性体と強磁性体とをグラウンドから絶縁した状態とし、各々が直径５０ｍｍで１０巻された２つのループプローブを、５ｍｍの距離を離してループ面を対向させて配置する。この状態で、２つのループプローブ間の空間結合を測定する。測定では、（１）２つのループプローブ間に導体板を配置しない場合、（２）２つのループプローブ間に常磁性体を配置する場合、（３）２つのループプローブ間に強磁性体を配置する場合の各々について、減衰特性を測定した。なお、常磁性体は、厚さ１ｍｍのアルミ板である。強磁性体は厚さ１ｍｍの鉄板である。
　図３４のグラフにおいて、波形４８は（１）導体板を配置しない場合の減衰特性を示し、波形４９は（２）常磁性体を配置する場合の減衰特性を示し、波形５０は（３）強磁性体を配置する場合の減衰特性を示している。
　図３４に示すように、１０ＭＨｚよりも低い周波数帯域では、常磁性体の方が強磁性体よりも空間結合を低減できることがわかる。特に、低速で動作させるＩＧＢＴなどは１ＭＨｚ以下のノイズが問題となることが多い。そのような場合においては、常磁性体でできたシールド板金を用いることで、配線間の空間結合を低減させることができる。
　なお、磁気シールド４７の場合、必ずしもグラウンドに接続する必要がないため、振動等で磁気シールドが意図せず外れかけても短絡の可能性を減らすことができる。また、金属筐体がない電力変換装置に対してもシールドを設けることができるため、磁気結合を低減させることができる。さらに、磁気シールド４７によれば、配置の自由度を上げられるとともに、はんだ付けまたはネジ締めの工程を減らすことができるため、安価にノイズフィルタ５の減衰特性を高めることができる。
　また、実施の形態４と同様に、図３３の構成例において、磁気シールド４７の取り付け位置は、第２配線１０３側に近接していても第１配線１００，１０１側に近接していても構わない。
　実施の形態６．
　実施の形態６および７では、実施の形態４で示した電力変換装置の適用例について説明する。
　図３５は、図３２に示した電力変換装置を搭載した空気調和機の第１の構成例を模式的に示す図である。
　図３５に示すように、空気調和機の室外機５１は、ファン５２と、仕切り板５３と、圧縮機５４と、プリント基板４３とを有する。ファン５２が配置される空間と、圧縮機５４およびプリント基板４３が配置される空間とは、仕切り板５３によって分離されている。コンバータ用のリアクトル８は、放熱のために、仕切り板５３の導体部分に取り付けられている。なお、リアクトル８の取り付け位置はこれに限定されるものではない。
　圧縮機５４は、室外機５１の底面に配置されている。圧縮機５４は、ケーブル３８－３を介してプリント基板４３に接続される。プリント基板４３は、ケーブル３８－２を介してリアクトル８に接続される。
　ケーブル３８－２には、磁性体フィルタ７としてフェライトコア３０が設置されている。フェライトコア３０は、プリント基板４３上のスイッチング素子６（図示せず）に近接して配置される。ケーブル３８－３は、ケーブル３８－２に対し、図中の奥行き方向に離間して配置される。ケーブル３８－１は、プリント基板４３から室外機５１の商用電源４４（図示せず）に接続されている。
　図３５の例では、伝導ノイズを測定する際には、室外機５１をＬＩＳＮに接続した後に、室外機５１を商用電源に接続するように構成される。
　導体板４５（または磁気シールド４７）は、ケーブル３８－２とケーブル３８－１との間および、ケーブル３８－３とケーブル３８－１との間に設けられる。これにより、ケーブル３８－２およびケーブル３８－１間の空間結合を低減するとともに、ケーブル３８－３およびケーブル３８－１間の空間結合を低減している。
　図３５のような構成とすることにより、商用電源４４から見てケーブル３８－１の先に取り付けられるノイズフィルタ５のノイズ減衰特性を改善することができる。なお、一般的な空気調和機においては、ケーブル３８－１とケーブル３８－２との間の距離は０．３ｍ以上であることが望ましい。また、プリント基板４３上のスイッチング素子６とフェライトコア３０の間の配線間距離は３ｃｍ以下が望ましく、導体板４５（または磁気シールド４７）がある場合には、当該配線間距離は１０ｃｍ以下になることが望ましい。
　実施の形態７．
　図３６は、図３２に示した電力変換装置を搭載した空気調和機の第２の構成例を模式的に示す図である。
　図３６に示すように、第２の構成例においても、図３５に示した第１の構成例と同様に、ファン５２が配置される空間と、プリント基板４３および圧縮機５４が配置される空間とは仕切り板５３によって分離されている。
　リアクトル８は、仕切り板５３に取り付けられている。第２の構成例では、プリント基板４３と商用電源４４とを接続するケーブルに、ツイストケーブル５５－１が用いられている。また、プリント基板４３上のスイッチング素子６（図示せず）とリアクトル８とを接続するケーブルに、ツイストケーブル５５－２が用いられている。
　一方、プリント基板４３上のインバータ回路（図示せず）と圧縮機５４とを接続するケーブル３８－３は、ツイストケーブルでなくてもよい。これは、一般的な室外機５１では、インバータはリアクトル８を使うコンバータよりも低速であることが多いことによる。
　プリント基板４３と各ケーブルとは端子台を用いて接続することができる。この場合、室外機５１内に配設されるケーブルにのみツイストケーブルを用いてもよい。ツイストケーブルのツイストピッチは、通常、１０ｍｍ～５０ｍｍ程度が望ましい。
　このような構成とすることにより、ツイストケーブル５５－２からツイストケーブル５５－１に混入するノイズのうち、ノーマルモード成分を低減することができる。これは、ツイストケーブルを構成する２本以上の導線に等しくノイズが混入するため、コモンモード成分が支配的になるためである。
　スイッチング素子６は通常、ノーマルモードで動作している。コモンモードは、ノーマルモード電流が流れる配線または部品が非対称な伝搬経路になることによって生じる。そのため、スイッチング素子６が出力するノイズ成分としてはノーマルモード成分が支配的である。本構成例によれば、ノイズのノーマルモード成分の空間伝搬をツイストケーブルによって低減させることができる。
　実施の形態８．
　実施の形態８では、磁性体フィルタ７を構成するフェライトコア３０のケーブルへの取り付け位置について説明する。
　図３７は、フェライトコアのケーブルへの取り付け位置を説明するための回路図である。実施の形態８では、ケーブルに対し、フェライトコア３０の取り付け位置を示す印を付する構成とする。具体的には、ノイズ源であるスイッチング素子６からフェライトコア３０までの距離を一定にするために、ケーブルにフェライトコア３０の取り付け位置を記す印を設ける。図３７の例では、ケーブルにフェライトコア３０を巻き始める開始位置を記した印５６を設ける。そして、フェライトコア３０に対してケーブルを２巻以上することで、ケーブルに対してフェライトコア３０が移動しにくくする。
　なお、印５６としてクリップなどの付け外し可能な部材を用いることにより、ケーブルを巻き付けた後に印５６を取り外してもよい。また、印５６の形状についても限定されない。フェライトコア３０に対するケーブルの巻き付けは、手作業であってもよく、ロボットアームなど機械を用いても構わない。
　実施の形態９．
　実施の形態９では、図３８を用いて、フェライトコアを固定する方法を説明する。
　図３８は、図３２に示した電力変換装置を搭載した空気調和機の第３の構成例を模式的に示す図である。図３８に示す空気調和機の室外機は、図３５に示した空気調和機の第１の構成例における室外機と基本的構成が同じである。
　室外機に取り付けるフェライトコア３０は、５～２００ｇのものを用いることができる。重量のあるフェライトコア３０をケーブルに取り付けることによって、フェライトコア３０がプリント基板４３にぶら下がる構造となる場合がある。このような場合には、プリント基板４３またはプリント基板４３上のコネクタに対して力が加わるため、プリント基板４３から部品が剥がれる、またはプリント基板４３からケーブルが外れてしまう可能性がある。
　このような不具合を回避するために、フェライトコア３０を固定する。図３８の例では、仕切り板５３に孔を形成し、この孔を貫通して延びる固定部材５７を用いて、フェライトコア３０を仕切り板５３に固定する。フェライトコア３０は、仕切り板５３に代えて、プリント基板４３に固定する構成としてもよい。
　なお、固定部材５７は、短絡等を防ぐために誘電体が望ましいが、どのような材質であっても構わない。また、図３５、図３６および図３８の例では、フェライトコア３０をプリント基板４３からぶら下げる構造になっているが、別の空気調和機または電力変換装置においては、プリント基板４３の上方にフェライトコア３０を離間して配置する構造にする必要がある場合がある。その場合は、固定部材５７を、筐体またはプリント基板４３から起立させて、フェライトコア３０を固定する構造を採用することができる。
　実施の形態１０．
　図３９は、実施の形態９に従うケーブルの構成例を示す断面斜視図である。実施の形態９に従うケーブルは、ノーマルモードのノイズを低減するためのシールド構造を有する。
　図３９に示すように、電源が単相２線の電源である場合、ケーブルは、２つの芯線５８の外周が、導体で形成された外導体５９によって囲まれた構造となっている。この芯線５８は、上記の実施の形態で述べたコネクタまたは端子台に取り付けられる。
　外導体５９は、第１の端部が電力変換装置の金属筐体に接続されるとともに、第２の端部がプリント基板上のグラウンドに接続される。なお、プリント基板上のグラウンドは、基準電位であり、通常、金属筐体と導通されている。
　実施の形態９に従うケーブルは、図１の第１配線１００，１０１および第２配線１０３の少なくともいずれかの配線に対して適用される。これにより、ノーマルモード成分およびコモンモード成分のノイズが、空間伝搬を介して授受されることを抑制することができる。
　さらに、芯線５８が２本以上の場合には、図３６に示した実施の形態７と組み合わせることにより、ツイストケーブル５５－１，５５－２に対してシールド構造を設ける構成とすることができる。
　ただし、本実施の形態に従うプリント基板４３には、両面基板が使われることが多く、その場合においては、電流のリターン経路となるグラウンド（基準電位）が面ではなく、Ｙコンデンサが取り付けられたグラウンド配線である場合がある。そのような場合、グラウンド配線にケーブルの外導体５９を接続することになる。この構造は、一般的にはピグテール構造と呼ばれており、ケーブルのシールド特性を劣化させるものである。この場合には、プリント基板４３を多層基板にすることが望ましい。あるいは、プリント基板４３の外側を導体（シールド）で覆い、そのシールドに対してケーブルの外導体５９を接続することが望ましい。
　ただし、実施の形態１で説明したとおり、各製品のノイズの規格によるため、ピグテール構造であってもシールドケーブルを用いるだけで、特性の改善は期待できるため、ピグテール構造であってもシールドを設けるのが望ましい。
　実施の形態１１．
　図４０は、上記式（３）を用いて、２つの配線の並走距離および配線間距離による相互インダクタンスの概算値を算出した結果を示す図である。図４０のグラフの横軸は２つの配線の並走距離を示し、縦軸は相互インダクタンスを示す。
　図４０に示すように、相互インダクタンスは、配線間距離ｇａｐによらず、並走距離が長くなるほど大きくなる。一方、相互インダクタンスは、配線間距離ｇａｐを大きくするほど小さくなる。
　例えばノイズの減衰特性を、１ＭＨｚにて－２０ｄＢ～－６０ｄＢ程度にしたい場合を想定する。この場合、ノーマルモードおよびコモンモードの各々について、上述した設計が行なわれる。なお、筐体の大きさによっては２つの配線の距離を離すことができない場合がある。このような場合であっても、配線間距離は０．２ｍ～０．５ｍ程度離すことが望ましい。また並走距離は０．１ｍ以下にすることが望ましい。
　さらに、２つの配線が並走しないように、図１に示す第１配線１００，１０１と第２配線１０３とが同一の金属筐体に近接する場合には、第１配線１００と金属筐体との間の距離を０．１ｍ以上とし、第２配線１０３と金属筐体との間の距離を０．１ｍ以上とすることが望ましい。
　実施の形態１２．
　上述した実施の形態では、伝導ノイズを低減する方法について説明したが、本実施の形態に従うと、放射ノイズも低減することができる。例えば、図３５、図３６および図３８に示した空気調和機の構成例においては、空気調和機の外部は金属筐体で覆われている。また、導体板４５（または磁気シールド４７）によって放射ノイズが発生しにくい構造となっている。
　空間伝搬によって金属筐体の外部に接続されるケーブルにノイズが重畳した場合には、室外機５１の外部にノイズが放出されることになる。一般に、放射ノイズの規格は、１２０ｋＨｚにて０ｄＢμＶのように非常に小さい。なお、この規格は、ＥＭＩレシーバを用いて、１２０ｋＨｚのバンドパスフィルタを通過するノイズを測定したときの電力に相当する。放射ノイズの規格が非常に小さいため、そのような２次放射によるノイズが問題となることもある。また、空気調和機およびその他の電子機器においては、金属筐体の一部に樹脂が用いられることが多くなっている。そのため、筐体のシールド効果が得られないことがある。
　本実施の形態によれば、外部電源に接続するケーブルにノイズを混入させにくくできるため、雑音端子電圧だけでなく放射ノイズもあわせて低減させることが可能となる。
　実施の形態１３．
　図４１は、太陽光パネルと蓄電池との間に電力変換装置を配置する構成例を示す図である。図４１の構成例では、太陽光パネル６０により生成される直流電力を蓄電池等の電力貯蔵装置に充電するためには、直流電力の電圧値を適正な電圧値に昇圧／降圧する必要がある。また、スマートグリッドなどの電力の授受を行なうシステムにおいては、多くの場合、交流電流に変換してから電力を出力する必要があるため、直流電力から交流電力にインバータ（ＤＣ－ＡＣコンバータ）で変換する必要がある。
　このように空気調和機や太陽光発電装置だけでなく、電力変換装置とノイズフィルタを有する全ての電力機器に対して本実施の形態に従う電力変換装置を適用することができる。
　今回開示された各実施の形態は、技術的に矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
　１～４　外部電極、５　ノイズフィルタ、６　スイッチング素子、７　磁性体フィルタ、８　リアクトル、９，１０　入力端子、１１，１２　出力端子、１３　線間コンデンサ、１４　対地間コンデンサ、１５　コモンモードチョークコイル、１６　ノーマルモードチョークコイル、１７　ダイオード、１８　平滑コンデンサ、１９　変圧器、２０　ブリッジ整流回路、２１　外部電極、３０　フェライトコア、３１　インバータ回路、３８　ケーブル、３９　コネクタ、４０　コンバータ回路、４１　制御回路、４２　負荷、４３　プリント基板、４４　商用電源、４５　導体板、４７　磁気シールド、５１　室外機
５７　固定部材、５８　芯線、５９　外導体、１００，１０１　第１配線、１０３～１０５，１０９～１１２，１１６～１１９　第２配線、１０６～１０８，１１３～１１５　第３配線。

Claims (17)

  1. 　少なくとも１つの外部電極と、
    　スイッチング素子と、
    　前記少なくとも１つの外部電極と前記スイッチング素子との間に接続されるノイズフィルタと、
    　前記少なくとも１つの外部電極と前記ノイズフィルタとを接続する、少なくとも１つの第１配線と、
    　前記ノイズフィルタと前記スイッチング素子とを接続する第２配線と、
    　前記第２配線に取り付けられた磁性体フィルタとを備え、
    　前記ノイズフィルタの減衰特性をＡ［ｄＢ］とし、前記少なくとも１つの第１配線と、前記スイッチング素子および前記磁性体フィルタ間に位置する前記第２配線との空間結合による減衰特性をＢ［ｄＢ］とした場合に、減衰特性Ａおよび減衰特性ＢはＢ＜Ａの関係を満足する、電力変換装置。
  2. 　前記少なくとも１つの外部電極と前記スイッチング素子との間に接続されるリアクトルをさらに備え、
    　前記ノイズフィルタは、前記少なくとも１つの外部電極と前記リアクトルとの間に接続され、
    　前記第２配線は、前記リアクトルと前記スイッチング素子との間に接続され、
    　前記減衰特性Ｂは、前記少なくとも１つの第１配線と、前記磁性体フィルタおよび前記スイッチング素子間に位置する前記第２配線との空間結合による減衰特性を含む、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記減衰特性Ａは、コモンモードノイズに対する前記ノイズフィルタの減衰特性である、請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記減衰特性Ａは、少なくとも１つの周波数における前記ノイズフィルタの減衰特性を含み、
    　前記減衰特性Ｂは、前記少なくとも１つの周波数における前記空間結合による減衰特性を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記少なくとも１つの外部電極は、複数の外部電極を含み、
    　前記少なくとも１つの第１配線は、複数の第１配線を含み、
    　前記減衰特性Ｂは、前記複数の第１配線の各々と、前記スイッチング素子および前記磁性体フィルタ間に位置する前記第２配線との空間結合による減衰特性のうちの最大値に相当する、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 　前記スイッチング素子および前記磁性体フィルタ間に位置する前記第２配線と、前記第１配線との間に配置された磁気シールドをさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 　金属筐体と、
    　前記スイッチング素子および前記磁性体フィルタ間に位置する前記第２配線と、前記第１配線との間に配置され、前記金属筐体に接続される導体板とをさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 　前記磁性体フィルタは、フェライトコアを含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 　入力端子と、
    　出力端子と、
    　少なくとも前記スイッチング素子、前記ノイズフィルタ、前記入力端子および前記出力端子が実装されたプリント基板と、
    　前記入力端子に前記プリント基板上で接続された第１コネクタと、
    　前記出力端子に前記プリント基板上で接続された第２コネクタとをさらに備え、
    　前記第１コネクタおよび前記第２コネクタ２は、前記プリント基板の対角、または前記プリント基板の長辺の両端に配置される、請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  10. 　前記第１配線と、前記スイッチング素子および前記磁性体フィルタ間に位置する前記第２配線との少なくとも一方は、ツイストケーブルを含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  11. 　前記第１配線および前記第２配線の少なくとも一方は、シールドケーブルを含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  12. 　少なくとも前記スイッチング素子および前記ノイズフィルタが実装されたプリント基板と、
    　少なくとも前記プリント基板を収容する筐体と、
    　前記プリント基板または前記筐体に前記フェライトコアを固定するための固定部材とをさらに備える、請求項８に記載の電力変換装置。
  13. 　前記第２配線には、前記フェライトコアの取り付け位置が分かる印が付けられている、請求項８に記載の電力変換装置。
  14. 　前記第２配線の一部は、前記リアクトルを構成する金属配線を含む、請求項２から１３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  15. 　前記第２配線の一部は、前記スイッチング素子を構成する金属配線を含む、請求項１から１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  16. 　請求項１から１５のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
    　ファンと、
    　圧縮機とを備え、
    　前記第１配線と、前記スイッチング素子および前記磁性体フィルタ間に位置する前記第２配線との間の距離は０．１ｍ以上である、空気調和機。
  17. 　前記減衰特性Ａおよび前記減衰特性Ｂは、Ｂ＋６［ｄＢ］＜Ａ［ｄＢ］の関係を満足する、請求項１６に記載の空気調和機。
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