JPH0548320U - コモンモードチョークコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品点数を減少してコストダウンを達成し、
半導体素子の並列運転（特に、高速スイッチング動作）
の安定性に優れ、且つ信頼性の高いこと。 【構成】 単体の高透磁率磁性材料７，１１体に複数の
信号用回路の一回路分を各々一対のツイスト線、同軸ケ
ーブル、または平行線で形成し、各回路のインダクタン
スが均等になるように同一線長の信号用回路線８，１２
とし、更に、複数回路分を一括して巻線したものであ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、コモンモードチョークコイルに関するものであり、特に、半導体素 子の並列運転時において、各素子のスイッチング動作（特に、高速スイッチング 動作）時に発生するｄｖ／ｄｔを軽減し、並列運転が容易にでき、且つ各素子の 電流分担を均等にするようにしたコモンモードチョークコイルに関するものであ る。

【０００２】

【従来の技術】

図５は従来のコモンモードチョークコイルを用いた半導体素子の並列運転を示 す回路図である。

【０００３】 図において、１はスイッチング素子等の半導体素子、２は半導体素子１の駆動 回路、３ａ，３ｂは各半導体素子１と駆動回路２を接続し信号を伝播する信号線 、１４ａ〜１４ｄはコモンモードチョークコイル１８の各接続片、１８はコモン モードチョークコイル、１９は回路上に存在するストレートキャパシタンス（浮 遊容量）、２０はスイッチング素子のオンオフ時に発生する電圧の変化を模擬し た電圧源である。

【０００４】 次に、この回路の動作について説明する。スイッチング素子がオンオフ時に電 圧源２０とストレートキャパシタンス１９からＩ＝Ｃ×ｄｖ／ｄｔのコモンモー ドノイズ電流Ｉｏが発生し、スイッチング素子のオンオフ時の回路誤動作の原因 となる。したがって、通常はコモンモードチョークコイル１８を駆動回路部に挿 入することによって、ｄｖ／ｄｔのコモンモードノイズ電流を抑制してスイッチ ング素子のオンオフ時の回路誤動作を防止している。特に、高速スイッチング動 作時にはｄｖ／ｄｔが大きいためストレートキャパシタンス１９が小さくてもコ モンモードノイズ電流Ｉｏが大となり、コモンモードチョークコイル１８が必須 となる。

【０００５】 ここで、コモンモードチョークコイルについて説明をする。図６の（ａ）は従 来のコモンモードチョークコイルの部品配置を示す正面図、（ｂ）は側面図、（ ｃ）は底面図、（ｄ）は回路図である。

【０００６】 図において、１４はコモンモードチョークコイル１８を他の回路に接続するた めの接続片、１５は磁性材料、１６は所望のインダクタンスを形成する信号用回 路巻線、１７は前記磁性材料１５と信号用回路巻線１６を保持及び固定する構造 体である。なお、このコモンモードチョークコイル１８の特性はノーマルモード でのインダクタンスは小さく、コモンモードでのインダクタンスは大きい。

【０００７】 図７の（ａ）は信号用回路巻線をツイスト線とした従来のコモンモードチョー クコイルの部品配置を示す正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は回路図である。

【０００８】 図において、１２はツイスト線で形成した信号回路巻線である。このコモンモ ードチョークコイル１８の構成は前記図６のコモンモードチョークコイル１８と 略同様であるが、信号回路巻線１２をツイスト線で形成し、ノーマルモードでの インダクタンスを極力小さくしている点で相違する。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

上記のような従来のコモンモードチョークコイルは、半導体素子１の並列運転 時（特に、高速スイッチング動作時）において、ｄｖ／ｄｔによるコモンモード ノイズ電流を抑制し、各スイッチング素子の電流アンバランスの発生を防止する 必要があった。したがって、各コモンモードチョークコイルは特性を均等にする とともに半導体素子１の数分必要であった。

【００１０】 また、トロイダルコイルのインダクタンスの計算式により、 Φ＝Ｎ×Ｉｏ／Ｒｍ …（１）式 Ｌ＝Ｎ×Φ／Ｉｏ＝Ｎ×Ｎ／Ｒｍ …（２）式 並列数＝ｎのとき、 Ｌｎｌ＝Ｌ／ｎ＝Ｎ×Ｎ／（ｎ×Ｒｍ） …（３）式 なお、Ｉｏ ：コイル電流 Ｌ ：単体のインダクタンス Ｌｎｌ：ｎ個分の合成インダクタンス Φ ：磁束 Ｎ ：ターン数 Ｒｍ ：磁気抵抗（一定） である。（３）式より並列数が増すと合成インダクタンスＬｎｌはＬ／ｎとなる 。したがって、合成インダクタンスＬｎｌ＝Ｌとするためには、（２），（３） 式より必要なターン数をＮｘｌとすれば、 Ｎｘｌ×Ｎｘｌ／Ｒｍ＝Ｎ×Ｎ／（ｎ×Ｒｍ） Ｎｘｌ＝√〔（Ｎ×Ｎ／Ｒｍ）／｛１／（ｎ×Ｒｍ）｝〕 ＝Ｎ×√ｎ となる。故に、各コモンモードチョークコイルは√ｎ倍のターン数が必要となり 作業工数が増大する。

【００１１】 更に、各コモンモードチョークコイルの特性上、通常、磁性材料はフェライト 系複合金属酸化物を使用するが、材料特性の誤差（磁気特性は通常±２０％程度 有る）により個々のチョークコイルのインダクタンス値の管理が困難であること 、及び並列数分コモンモードチョークコイルが必要なために、部品点数が増加し プリント基板実装面積の増大及び信頼性低下等が生ずるという解決すべき課題が あった。

【００１２】 そこで、この考案は、コモンモードチョークコイルの部品点数を減少してコス トダウンを達成し、半導体素子の並列運転（特に、高速スイッチング動作）の安 定性、例えば、各素子の誤動作防止、電流バランスの均等化等に優れ、且つ信頼 性の高いコモンモードチョークコイルの提供を課題とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

本考案にかかるコモンモードチョークコイルは、一対のツイスト線、同軸ケー ブル、平行線のうちの１つからなり、複数回路分を一括して各回路のインダクタ ンスが均等になるように同一線長の巻線とした信号回路巻線と、前記信号回路巻 線の複数回路分が一括して巻設された単体の高透磁率磁性材料体と、前記高透磁 率磁性材料体と信号回路巻線を保持及び固定する構造体と、前記各信号回路巻線 の各端末に接続された接続片とを具備するものである。

【００１４】

【作用】

本考案のコモンモードチョークコイルにおいては、単体の高透磁率磁性材料体 に複数の信号用回路の一回路分を各々一対のツイスト線、同軸ケーブル、または 平行線で形成し、更に、複数回路分を一括して巻線としたものであるから、ノー マルモードでのインダクタンスを最小とし、且つ各々の信号用回路巻線長を同一 配線長にしたことにより、ノーマルモードでのインダクタンスが均等となり、ま た、単体の高透磁率磁性材料体に複数の信号用回路を一括して巻線としたもので あるから、従来の単体の磁性材料に一回路分を巻線したコモンモードチョークコ イルに対してターン数を減しても所望のインダクタンスを得ることができる。

【００１５】

【実施例】

以下、本考案の実施例について説明する。

【００１６】 図１は本考案の一実施例であるコモンモードチョークコイルを用いた半導体素 子の並列運転を示す回路図、図２は本考案の一実施例であるコモンモードチョー クコイルの信号回路巻線方法を示す巻線図である。図中、上記従来例と同一符号 及び記号は上記従来例の構成部分と同一または相当する構成部分を示す。

【００１７】 図において、４はコモンモードチョークコイルであり、６ａ〜６ｐはコモンモ ードチョークコイル４を他の回路に接続するための接続片である。この実施例で は、各コモンモードチョークコイル４の信号回路巻線は図２のように巻かれてい る。

【００１８】 図２の（ａ）の巻線方法は、１回路分のツイスト線を４回路分同時に撚ること で一括巻線し、４回路分の配線長を均等長さとして、単体の高透磁率磁性材料７ に所望のインダクタンスを形成するために必要なターン数分を巻線している。な お、各信号用回路線８の色は全て別々に色分けされており、例えば、接続片６ａ と接続片６ｉを結ぶ信号用回路線は黒色、接続片６ｂと接続片６ｊを結ぶ信号用 回路線は水色、接続片６ｃと接続片６ｋを結ぶ信号用回路線は茶色、接続片６ｄ と接続片６ｌを結ぶ信号用回路線は緑色、接続片６ｅと接続片６ｍを結ぶ信号用 回路線は紫色、接続片６ｆと接続片６ｎを結ぶ信号用回路線は赤色、接続片６ｇ と接続片６ｏを結ぶ信号用回路線は青色、接続片６ｈと接続片６ｐを結ぶ信号用 回路線は黄色としている。

【００１９】 また、図２の（ｂ）の巻線方法は、１回路分のツイスト線を２回路分撚り、更 に４回路分を撚ることで一括巻線し、４回路分の配線長を均等長さとして、単体 の高透磁率磁性材料７に所望のインダクタンスを形成するために必要なターン数 分を巻線している。なお、各信号回路巻線１２の色は図２の（ａ）と同様に全て 別々に色分けされている。

【００２０】 次に、本実施例のコモンモードチョークコイルについて説明をする。図３の（ ａ）は本考案の一実施例である高透磁率磁性材料の形状がＥＥ型またはＥＩ型か らなるコモンモードチョークコイルの部品配置を示す正面図、（ｂ）は底面図で ある。図中、上記従来例と同一符号及び記号は上記従来例の構成部分と同一また は相当する構成部分を示す。

【００２１】 図において、６は４回路分の信号用回路線８を他の回路に接続するための接続 片、７は高透磁率磁性材料、８は所望のインダクタンスを形成する信号用回路巻 線、９は前記高透磁率磁性材料７と４回路分の信号用回路線８を保持及び固定す る構造体である。この高透磁率磁性材料７の形状はＥＥ型またはＥＩ型からなり 、４回路分の信号用回路線８を図２の（ａ）で示す巻線方法で一括して巻線して いる。

【００２２】 図４の（ａ）は本考案の一実施例である高透磁率磁性材料の形状がトロイダル 型からなるコモンモードチョークコイルの部品配置を示す平面図、（ｂ）は側面 図である。

【００２３】 図において、１０はコモンモードチョークコイルであり、１１は高透磁率磁性 材料、１２はツイスト線で形成した信号回路巻線、１３は前記高透磁率磁性材料 １１と信号用回路線１２を保持及び固定する構造体である。この高透磁率磁性材 料１１の形状はトロイダル型からなり、４回路分の信号用回路線１２をトロイダ ル型高透磁率磁性材料１１の外周上に巻線している。この１回路分の信号回路巻 線１２はツイスト線からなり図２の（ｂ）で示す巻線方法で４回路分に等分し、 巻線長を均等長さとして単体のトロイダル型高透磁率磁性材料１１の外周上に所 望のインダクタンスを形成するために必要なターン数を巻線している。

【００２４】 このように、本実施例のコモンモードチョークコイルは、一対のツイスト線、 同軸ケーブル、平行線のうちの１つからなり、複数回路分を一括して各回路のイ ンダクタンスが均等になるように同一線長の巻線とした信号回路巻線８，１２と 、前記信号回路巻線８，１２の複数回路分が一括して巻設された単体の高透磁率 磁性材料７，１１体と、前記高透磁率磁性材料７，１１体と信号回路巻線８，１ ２を保持及び固定する構造体９，１３と、前記各信号回路巻線８，１２の各端末 に接続された接続片６ａ〜６ｐとを備えている。

【００２５】 即ち、本実施例のコモンモードチョークコイルは、単体の高透磁率磁性材料７ 、１１体に複数の信号用回路の一回路分を各々一対のツイスト線、同軸ケーブル 、または平行線で形成し、各回路のインダクタンスが均等になるように同一線長 の巻線とし、更に、複数回路分を一括して巻線としたものである。

【００２６】 したがって、ノーマルモードでのインダクタンスを最小とし、且つ各々の信号 用回路巻線長を同一配線長にしたことにより、ノーマルモードでのインダクタン スが均等となる。

【００２７】 また、単体の高透磁率磁性材料７体に複数の信号用回路を一括して巻線とした ものであるから、ｎ回路分巻線時の磁束Φｎはトロイダルコイルの計算式（１） 式より Φｎ＝ｎ×（Ｎ×Ｉｏ／Ｒｍ） …（４）式 合成インダクタンスＬｎ２は Ｌｎ２＝Ｎ×Φｎ／（ｎ×Ｉｏ） ＝（Ｎ／ｎ×Ｉｏ）×（ｎ×Ｎ×Ｉｏ／Ｒｍ） ＝Ｎ×Ｎ／Ｒｍ …（５）式 となる。前記（３）式のＬｎｌ＝Ｎ×Ｎ／（ｎ×Ｒｍ）に対して、 （５）式はＬｎ２＝Ｎ×Ｎ／Ｒｍとなる。 合成インダクタンスＬｎ２＝Ｌｎ１とするためには、（３）、（５）式より必 要なターン数をＮｘ２とすれば、 Ｎ×Ｎ／（ｎ×Ｒｍ）＝Ｎｘ２×Ｎｘ２／Ｒｍ Ｎｘ２＝√〔｛Ｎ×Ｎ／（ｎ×Ｒｍ）｝／（１／Ｒｍ）〕 ＝Ｎ×√ｎ となる。したがって、単体の高透磁率磁性材料７に複数の信号回路巻線８を一括 して巻線することにより、従来の単体の磁性材料１５に一回路分を巻線したコモ ンモードチョークコイル１８に対して１／√ｎ倍だけターン数を減しても所望の インダクタンスを得ることができる。

【００２８】 このため、信号用回路線８のターン数が減るので、コモンモードチョークコイ ルの小形化が促進でき、しかも複数回路分を一括した巻線となり、部品点数を削 減でき、コストダウンとなる。

【００２９】 また、ノーマルモードでのインダクタンスが均等となるので、複数の半導体素 子１の並列運転（特に、高速スイッチング動作）時に発生するｄｖ／ｄｔを軽減 でき、並列運転が容易にでき、且つ各素子の電流分担を均等にすることができ、 信頼性が向上し、高性能のコモンモードチョークコイルとなる。

【００３０】 しかも、上記実施例では、複数の信号用回路線８，１２の色を全て別々に色分 けされているために、各信号線が外観（外形表面上）で判別できる。したがって 、誤配線を防止でき、検査が容易になり、作業性及び信頼性が向上する。

【００３１】 加えて、上記実施例では、複数の信号用回路線８，１２の端部に接続片６ａ〜 ６ｐが接続されており、単体のコモンモードチョークコイルとして、プリント基 板に直接実装することができる。したがって、プリント基板の実装面積を小さく でき、且つ組立時間が短縮し、コストダウンが計れる。

【００３２】 ところで、上記実施例では、４回路分を一括した信号回路巻線８，１２のコモ ンモードチョークコイルについて説明をしたが、回路数を増加または減少させて もよく、他の部品数を変更しても本考案と同様の効果を奏するものであれば、任 意に形状、寸法を改変、変更してもよい。

【００３３】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案のコモンモードチョークコイルは、信号回路巻線 と、単体の高透磁率磁性材料体と、構造体と、接続片とを備え、単体の高透磁率 磁性材料体に複数の信号用回路の一回路分を各々一対のツイスト線、同軸ケーブ ル、または平行線で形成し、更に、一括して巻線とし、ノーマルモードでのイン ダクタンスを最小とし、且つ各々の信号用回路巻線長を同一配線長にしたことに より、ノーマルモードでのインダクタンスが均等となるとともに、従来のコモン モードチョークコイルに比べターン数を減しても所望のインダクタンスを得るこ とができるので、コモンモードチョークコイルの小形化が促進でき、しかも部品 点数を削減でき、コストダウンとなるだけでなく、半導体素子の並列運転時（特 に、高速スイッチング動作時）の安定性及び信頼性が向上する。

【提出日】平成４年２月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】 図において、１はスイッチング素子等の半導体素子、２は半導体素子１の駆動 回路、３ａ，３ｂは各半導体素子１と駆動回路２を接続し信号を伝播する信号線 、１４ａ〜１４ｄはコモンモードチョークコイル１８の各接続片、１８はコモン モードチョークコイル、１９は回路上に存在するストレーキャパシタンス（浮遊 容量）、２０はスイッチング素子のオンオフ時に発生する電圧の変化を模擬した 電圧源である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】 次に、この回路の動作について説明する。スイッチング素子がオンオフ時に電 圧源２０とストレーキャパシタンス１９からＩ＝Ｃ×ｄｖ／ｄｔのコモンモード ノイズ電流Ｉｏが発生し、スイッチング素子のオンオフ時の回路誤動作の原因と なる。したがって、通常はコモンモードチョークコイル１８を駆動回路部に挿入 することによって、ｄｖ／ｄｔのコモンモードノイズ電流を抑制してスイッチン グ素子のオンオフ時の回路誤動作を防止している。特に、高速スイッチング動作 時にはｄｖ／ｄｔが大きいためストレーキャパシタンス１９が小さくてもコモン モードノイズ電流Ｉｏが大となり、コモンモードチョークコイル１８が必須とな る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】 図２の（ａ）の巻線方法は、１回路分のツイスト線を４回路分同時に撚ること で一括巻線し、４回路分の配線長を均等長さとして、単体の高透磁率磁性材料７ に所望のインダクタンスを形成するために必要なターン数分を巻線している。な お、各信号回路巻線８の色は全て別々に色分けされており、例えば、接続片６ａ と接続片６ｉを結ぶ信号回路巻線は黒色、接続片６ｂと接続片６ｊを結ぶ信号回 路巻線 は水色、接続片６ｃと接続片６ｋを結ぶ信号回路巻線は茶色、接続片６ｄ と接続片６ｌを結ぶ信号回路巻線は緑色、接続片６ｅと接続片６ｍを結ぶ信号回 路巻線 は紫色、接続片６ｆと接続片６ｎを結ぶ信号回路巻線は赤色、接続片６ｇ と接続片６ｏを結ぶ信号回路巻線は青色、接続片６ｈと接続片６ｐを結ぶ信号回 路巻線 は黄色としている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】 図において、６は４回路分の信号回路巻線８を他の回路に接続するための接続 片、７は高透磁率磁性材料、８は所望のインダクタンスを形成する信号回路巻線 、９は前記高透磁率磁性材料７と４回路分の信号回路巻線８を保持及び固定する 構造体である。この高透磁率磁性材料７の形状はＥＥ型またはＥＩ型からなり、 ４回路分の信号回路巻線８を図２の（ａ）または（ｂ）で示す巻線方法で一括し て巻線している。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】 図において、１０はコモンモードチョークコイルであり、１１はトロイダル型 高透磁率磁性材料 、１２はツイスト線で形成した信号回路巻線、１３は前記高透 磁率磁性材料１１と信号回路巻線１２を保持及び固定する構造体である。信号回 路巻線１２は４回路分からなり、各回路線の巻線長は均等長さとして単体のトロ イダル型高透磁率磁性材料１１の外周上に所望のインダクタンスを形成するため に必要なターン数を巻線している。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】 このため、信号回路巻線８のターン数が減るので、コモンモードチョークコイ ルの小形化が促進でき、しかも複数回路分を一括した巻線となり、部品点数を削 減でき、コストダウンとなる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】 しかも、上記実施例では、複数の信号回路巻線８，１２の色を全て別々に色分 けされているために、各信号線が外観（外形表面上）で判別できる。したがって 、誤配線を防止でき、検査が容易になり、作業性及び信頼性が向上する。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】 加えて、上記実施例では、複数の信号回路巻線８，１２の端部に接続片６ａ〜 ６ｐが接続されており、単体のコモンモードチョークコイルとして、プリント基 板に直接実装することができる。したがって、プリント基板の実装面積を小さく でき、且つ組立時間が短縮し、コストダウンが計れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本考案の一実施例であるコモンモードチ
ョークコイルを用いた半導体素子の並列運転を示す回路
図である。

【図２】図２は本考案の一実施例であるコモンモードチ
ョークコイルの信号回路巻線方法を示す巻線図である。

【図３】図３の（ａ）は本考案の一実施例である高透磁
率磁性材料の形状がＥＥ型またはＥＩ型からなるコモン
モードチョークコイルの部品配置を示す正面図、（ｂ）
は底面図である。

【図４】図４の（ａ）は本考案の一実施例である高透磁
率磁性材料の形状がトロイダル型からなるコモンモード
チョークコイルの部品配置を示す平面図、（ｂ）は側面
図である。

【図５】図５は従来のコモンモードチョークコイルを用
いた半導体素子の並列運転を示す回路図である。

【図６】図６の（ａ）は従来のコモンモードチョークコ
イルの部品配置を示す正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）
は底面図、（ｄ）は回路図である。

【図７】図７の（ａ）は信号用回路巻線をツイスト線と
した従来のコモンモードチョークコイルの部品配置を示
す正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は回路図である。

【符号の説明】

１ 半導体素子 ２ 駆動回路 ３ａ，３ｂ 信号線 ４，１０ コモンモードチョークコイル ６，６ａ〜６ｐ 接続片 ７，１１ 高透磁率磁性材料 ８，１２ 信号用回路線 ９，１３ 構造体 １９ ストレートキャパシタンス ２０ 電圧源

【手続補正書】

【提出日】平成４年２月２８日

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】符号の説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【符号の説明】 １ 半導体素子 ２ 駆動回路 ３ａ，３ｂ 信号線 ４，１０ コモンモードチョークコイル ６，６ａ〜６ｐ 接続片 ７，１１ 高透磁率磁性材料 ８，１２ 信号回路巻線 ９，１３ 構造体 １９ ストレーキャパシタンス ２０ 電圧源

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のツイスト線、同軸ケーブル、平行
   線のうちの１つからなり、複数回路分を一括して各回路
   のインダクタンスが均等になるように同一線長の巻線と
   した信号回路巻線と、 前記信号回路巻線の複数回路分が一括して巻設された単
   体の高透磁率磁性材料体と、 前記高透磁率磁性材料体と信号回路巻線を保持及び固定
   する構造体と、 前記各信号回路巻線の各端末に接続された接続片とを具
   備することを特徴とするコモンモードチョークコイル。