JPH0611097B2 - ラインフイルタ - Google Patents

ラインフイルタ

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JPH0611097B2
JPH0611097B2 JP59277716A JP27771684A JPH0611097B2 JP H0611097 B2 JPH0611097 B2 JP H0611097B2 JP 59277716 A JP59277716 A JP 59277716A JP 27771684 A JP27771684 A JP 27771684A JP H0611097 B2 JPH0611097 B2 JP H0611097B2
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JP
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capacitor
line
choke coil
balun
noise
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貞男 大河内
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components

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  • Filters And Equalizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、スイッチング電源装置を用いた場合に発生す
る、いわゆるノルマルモードノイズおよびコモンモード
ノイズを低減するラインフィルタに関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 一般に、電子機器の電源装置としてスイッチング電源を
用いると、いわゆる伝導ノイズが発生するが、この伝導
ノイズは機器の誤動作等の原因になる。
伝導雑音には、大別してコモンモードノイズ(同相ノイ
ズ)とノルマルモードノイズ(差動ノイズ)とがある
が、従来これらのノイズを低減させるために、第6図に
示したようなラインフィルタがスイッチング電源装置の
前段に介挿されていた。
第6図においてLD1、LD2は、2つの絶縁コイルか
らなるチョークコイル、Lは1つの円形コアに2つの
コイルを同相で巻回したバルン(平衡−不平衡変成器)
からなるチョークコイル、CX1、CX2はライン間に
介挿されたコンデンサ、CY1、CY2はライン−アー
ス間にそれぞれ2個ずつ介挿されたコンデンサを示して
いる。なお一般に、ライン間に介挿されるコンデンサは
Xコンデンサ、ライン−アース間に介挿されるコンデン
サはYコンデンサと呼ばれている。
このようなラインフィルタにおいては、絶縁コイルL
D1、LD2とXコンデンサCX1、CX2とが共同し
てライン(以下L〜Nとする)間に生じるノルマルモー
ドノイズを除去し、バルンLとYコンデンサCY1
Y2とが共同して、ライン−アース(以下L/N〜G
とする)間に生じるコモンモードノイズを除去する。
ところで、ノルマルモードノイズはもともと発生レベル
自体が小さく、XコンデンサCX1、CX2の容量を大
きくすれば、ほぼ完全にに除去することができるが、コ
モンモードノイズは以下に述べる理由から容易に除去す
ることができない。
第7図は負荷のノイズ源並びに入力ラインの等価インピ
ーダンスRを考慮してコモンモードノイズを説明するた
めに作成した等価回路を示す図である。
同図においてEはノイズ源として発生する電圧、E
は実際にL/N〜G間に出現するノイズ電圧を示してい
る。
ノイズ源電圧Eは、主としてスイッチング電源装置内
のパワートランジスタの電位変動により発生し、この電
圧Eが電源装置のトランス(図示せず)の1次巻線に
かかると、1次巻線−アース間の静電容量Cによりアー
スにノイズ電流Iが流れ、このノイズ電流Iがライ
ンフィルタLFの部分を通ってスイッチング電源装置に
戻る。
このとき、スイッチング電源装置のライン入力側にはイ
ンピーダンスRが存在するので、ここにノイズ電圧E
が出現する。このノイズ電圧Eがコモンモードノイズ
である。
そしてこのノイズ電圧EはチョークコイルLのイン
ダクタンスおよびYコンデンサCY1、CY2の容量を
大きくすれば、ほぼ完全に除去することができるが、安
全対策上、アースに流れる電流Iは数mA程度に抑え
ておかなければならないので、YコンデンサCY1、C
Y2の容量には必然的に上限値が存在する。
このため、コイルLのインダクタンスをできるだけ大
きくして必要な減衰量を確保しなければならないが、コ
イルLのインダクタンスを大きくすると、そのサイズ
も大きくなり、またYコンデンサの容量を大きくする場
合と比較して製造コストも大幅に増加してしまう。
このような事情からノイズ電圧E、すなわちコモンモ
ードノイズは、その除去が容易ではなかった。
[発明の目的] 本発明は上述したような従来のラインフィルタの問題点
を解決すべくなされたもので、Yコンデンサの容量を安
全対策上の上限値に抑え、しかも、チョークコイルの寸
法の増加を伴なうことなく、コモンモードノイズを除去
することができるコストの低いラインフィルタの提供を
目的としている。
[発明の概要] 本発明のラインフィルタは、入力ライン側のライン側に
介挿され、バルンから構成された第1のチョークコイル
と、負荷側のライン側に介挿され、バルンから構成され
た第2のチョークコイルと、前記第1のチョークコイル
の出力側のラインとアースとの間に介挿された第1のY
コンデンサと、同ライン間に介挿された第1のXコンデ
ンサと、前記第2のチョークコイルの出力側のラインと
アースとの間に介挿された第2のYコンデンサと、同ラ
イン間に介挿された第2のXコンデンサとを具備し、ス
イッチング電源装置から発生するコモンモードノイズを
第1と第2のチョークコイルのインダクタンスと第1と
第2のYコンデンサで阻止し、スイッチング電源装置か
ら発生するノーマルモードノイズを第1と第2のチョー
クコイルの漏れインダクタンスと第1と第2のXコンデ
ンサで阻止することを特徴とする。
[発明の実施例] 以下本発明の一実施例の詳細を図面に基づいて説明す
る。
第1図は本発明の一実施例を示す回路図である。同図に
おいてLはインダクタンスを押えることによって分布
容量を小さくしたバルンからなるチョークコイル(以
下、単にバルンと称する)LはバルンLよりもイン
ダクタンスが大きいバルン、CX1、CX2はL〜N間
に接続されたXコンデンサ、C、CおよびC、C
はL/N〜G間に介挿されたYコンデンサを示してい
る。なお、YコンデンサCとCとの容量の和はYコ
ンデンサCとCの容量の和よりも大きくされてい
る。
そして例えば、本実施例のラインフィルタをスイッチン
グ周波数50kHzのスイッチング電源装置のラインフィ
ルタとして用い、50kHzのノイズに対して100dB
の減衰量を確保したい場合には、 L=2mH Lの漏れインダクタンス=15μH L=30mH Lの漏れインダクタンス=0.5mH CX1=0.3μF CX2=0.2μF C=C=9400pF C=C=4700pF、 に設定すればよい。
続いて本実施例のラインフィルタを構成するに至った過
程について説明する。
なお、第1図のラインフィルタはXコンデンサ、Yコン
デンサを共に備えているのでノルマルモードノイズ、コ
モンモードノイズの両方を除去することができるが、以
下はコモンモードノイズの除去動作を中心に説明する。
第2図および第3図に示したのは、コモンモードノイズ
除去用のフィルタ回路として適当が否かを検討すべき、
YコンデンサCの介挿位置が異なる2つのタイプのフ
ィルタ回路である。
なお、各図においてEはノイズ源として発生する電
圧、Eは実際にL/N〜G間に出現するノイズ電圧、
Cは電源装置のトランス(図示せず)の1次巻線とアー
スとの間の静電容量、Rはノイズ源並びに入力ラインの
等価インピーダンスを示す。
この2つのタイプのフィルタ回路について IL=20log10(E/E)[dB] で定義される減衰量(IL)を求めると、第2図のフィ
ルタ回路の場合には、 となる。
なお、ωは減衰量の落込む共振周波数を示し、 として求められる。
一方、第3図のフィルタ回路の場合には、 となる。
なお、この場合の共振周波数ωは、 である。
そして、ω=ωの場合の減衰量は、 で表わされる。
次に第2図および第3図のフィルタ回路の減衰特性を第
4図により説明する。
第4図は第2図および第3図に示したフィルタ回路の周
波数と減衰量との関係を、先の計算式により求めた結果
を示すグラフであり、図中Dが第2図のフィルタ回路
の特性、Dが第3図のフィルタ回路の特性を示す。
なお計算は、いずれの回路も、 L=30mH C=28nF C=35pF R=50Ω として行った。
この図から明らかなように、比較的低域の周波数で減衰
量を確保したい場合には、同一のチョークコイルL
対し第2図のフィルタ回路の方が落ち込みが小さいので
有利である。
ところで、第2図に示したフィルタ回路において、 C=28nF L=30mH と設定すると、スイッチング周波数50kHzのとき、5
0kHzのノイズに対して100dBの減衰量を確保する
ことができるが、30mHという比較的インダクタンス
の大きなチョークコイルとしては、バルンを用いるのが
適当である。
これは、バルンは差動電流に対してコアが飽和しないた
め、負荷電流を流した状態では同相雑音電圧に対してイ
ンダクタンスを大きくとることができるからであるが、
インダクタンスの大きなバルンは巻回数が多く、分布容
量も大きいので、1MHz〜30MHzの高周波帯数域で
は、チョークコイルの役目を果たすことができず、結果
的に減衰量が低減するおそれがある。
このため、第5図に示したようにバルンLを追加す
る。
このバルンLはインダクタンスを抑え、分布容量を小
さくしたバルンである。
そして第5図のフィルタ回路の減衰量ILは、 で求められる。
但し、 P=L/L Q=CY1/CY2 S=CY2/C A=[{(Q+1)+(1/S)}/Q{1+(1/
S)}+1/PQ]/2 B=1/[PQ{1+(1/S)}] ω =1/LY2 とする。
この計算式により第5図のフィルタ回路の各周波数にお
ける具体的な減衰量ILを計算し、50kHz〜60kHzで
の減衰量を最大にするCY1、CY2の組合せを求める
と、 L=2mH L=30mH C=35pF R=50Ω の場合、 CY1+CY2=28nF という条件下では、 CY1=18.8nF CY2=9.4nF が適当であった。
なお上記においては、YコンデンサCY1とCY2との
和が28、2nFになっているが、市販のコンデンサ素
子は、容量値が連続していないので、この組み合せが最
も近い。
そして上記において、仮にバルンLとLとを入替え
て、 L=30mH L=2mH CY1+CY2=28nF という条件下でコンデンサCY1とCY2とを変化させ
ると、50kHz〜60kHzでの減衰量が相当に落込んでし
まう。
これはバルンLのインダクタンスをLよりも相当大
きくすると、減衰周波数帯域内に減衰量ILの谷ができ
るためである。従って、バルンLのインダクタンスは
バルンLのそれよりも小さくしなければならない。
以上の計算結果および事実から、 L=2mH L=30mH CY1=18.8nF 従ってC=C=9400pF CY2=9.4nF 従ってC=C=4700pF という条件が判明し、第1図のフィルタ回路が得られ
た。
なお本実施例のフィルタ回路をスイッチング電源の1次
コイル側に接続する場合には、1次コイル側に平滑コン
デンサを並列に介挿する。
そして本実施例におけるXコンデンサCX1、CX2
容量はこの平滑コンデンサの容量に基づいて決定すべき
ものである。
本実施例では所定の計算式により、 CX1=0.3μF、CX2=0.2μF と設定した(前述)。
また本実施例のフィルタ回路において、バルンLとL
の漏れインダクタンスを大きくすれば、この漏れイン
ダクタンスとXコンデンサCX1、CX2との組合せに
よってノルマルモードノイズも十分に除去することがで
きる。
そしてバルンの漏れインダクタンスも上述したXコンデ
ンサの容量と同様にスイッチング電源の1次コイル側に
介挿する平滑コンデンサの容量に基づいて決定すべきも
のである。
本実施例では、所定の計算式に基づき、 Lの漏れインダクタンス=15μH Lの漏れインダクタンス=0.5mH と設定した(前述)。
[発明の効果] 以上説明したように本発明のラインフィルタでは、入力
側のライン間に介挿された第1のチョークコイルと、負
荷側のライン間に介挿された第2のチョークコイルと、
第1のチョークコイルの出力側のラインとアースとの間
に介挿された第1のYコンデンサと、同ライン間に介挿
された第1のXコンデンサと、第2のチョークコイルの
出力側のラインとアースとの間に介挿された第2のYコ
ンデンサと、同ライン間に介挿された第2のXコンデン
サとを有してなるラインフィルタにおいて、第1および
第2のチョークコイルがそれぞれバルンにより構成さ
れ、かつ第2のチョークコイルのインダクタンスが第1
のチョークコイルのそれよりも大きくされているので、
Yコンデンサの容量を安全対策上の上限値に留め、しか
も、チョークコイルの寸法の増加を伴なうことなく、コ
モンモードノイズを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の回路構成を示す図、第2
図、第3図および第5図は第1図の回路を導き出すため
に用いる等価回路を示す図、第4図は第2図および第3
図の回路の減衰特性を示すグラフ、第6図は従来のライ
ンフィルタの回路構成を示す図、第7図は第6図の回路
のある性質の一点に着目して作成した等価回路を示す図
である。 L、L……チョークコイル CX1、CX2……Xコンデンサ CY1、CY2……Yコンデンサ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力ライン側のライン側に介挿され、バル
    ンから構成された第1のチョークコイルと、 負荷側のライン側に介挿され、バルンから構成された第
    2のチョークコイルと、 前記第1のチョークコイルの出力側のラインとアースと
    の間に介挿された第1のYコンデンサと、 同ライン間に介挿された第1のXコンデンサと、 前記第2のチョークコイルの出力側のラインとアースと
    の間に介挿された第2のYコンデンサと、 同ライン間に介挿された第2のXコンデンサとを具備
    し、 スイッチング電源装置から発生するコモンモードノイズ
    を第1と第2のチョークコイルのインダクタンスと第1
    と第2のYコンデンサで阻止し、スイッチング電源装置
    から発生するノーマルモードノイズを第1と第2のチョ
    ークコイルの漏れインダクタンスと第1と第2のXコン
    デンサで阻止することを特徴とするラインフィルタ。
  2. 【請求項2】第1のYコンデンサの容量が、第2のYコ
    ンデンサの容量よりも大きくされている特許請求の範囲
    第1項記載のラインフィルタ。
  3. 【請求項3】第2のチョークコイルのインダクタンスが
    第1のチョークコイルのインダクタンスよりも大きくさ
    れている特許請求の範囲第1項記載のラインフィルタ。
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