CN115380471A - 噪声滤波器 - Google Patents

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片桐高大
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    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
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Abstract

将与噪声发生源(13)并联地连接的第1电容器(11)构成的第1路径、和与负载(14)并联地连接的第2电容器(12)构成的第2路径的至少一部分在垂直方向上相向地配置，并且以使第1电容器(11)和第2电容器(12)并联连接的方式连接第1路径和第2路径，以使在第1路径中流过的电流的朝向和由于电流发生的磁通与第2路径交链而流过的感应电流的朝向在第1电容器(11)和第2电容器(12)中成为相互相同的方向的方式配置。

Description

噪声滤波器
技术领域
本申请涉及噪声滤波器。
背景技术
在抑制电磁噪声的噪声滤波器中，通常使用电容器。在该电容器自身或者将他们连接的布线中流过电流时，在周围发生磁通，在该磁通与其他布线或者电路交链时，由于磁耦合而表观寄生电感增加。例如，已知在构成为并联地配置有多个电容器的噪声滤波器中，由于在多个电容器之间产生的磁耦合，电磁噪声降低效果恶化。进而，在以小型化等为目的而接近地配置多个电容器的情况下，交链磁通增加，所以存在磁耦合的影响进一步变大的课题。
作为针对其的解决手段，例如，在专利文献1中，其特征在于，通过使并联连接的电容器之间的布线交叉，抑制在电容器之间产生的磁耦合，使寄生电感降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6113292号(8页47～50行、9页1～9行、图8)
发明内容
在专利文献1的结构中，能够弱化在电容器之间产生的磁耦合，但存在由于使布线交叉而构造复杂化的课题。
本申请是为了解决如上述的课题而完成的，其目的在于，无需采用如使布线交叉的复杂的构造而降低由于磁耦合产生的寄生电感，从而改善噪声滤波器的电磁噪声降低效果。
本申请公开提供一种噪声滤波器，其特征在于，具备：
第1导入部和第2导入部，与噪声发生源连接；
第1电容器，与噪声发生源并联地与第1导入部和第2导入部连接；
第3导入部和第4导入部，与负载连接；以及
第2电容器，与负载并联地与第3导入部和第4导入部连接，
由第1导入部、第2导入部以及第1电容器构成的第1路径、和由第3导入部、第4导入部以及第2电容器构成的第2路径以至少一部分在垂直方向上相向的方式配置，并且以使第1电容器和第2电容器并联连接的方式连接第1路径和第2路径，以使在第1路径中流过的电流的朝向和由于电流发生的磁通与第2路径交链而流过的感应电流的朝向在第1电容器和第2电容器中成为相互相同的方向的方式配置。
根据本申请公开的噪声滤波器，无需采用如使布线交叉的复杂的构造而能够改善电磁噪声降低效果。
附图说明
图1是示意地示出比较例1的噪声滤波器的电路结构的图。
图2是示出比较例1的噪声滤波器的等价电路的图。
图3是示出比较例2的噪声滤波器的等价电路的图。
图4是示意地示出实施方式1所涉及的噪声滤波器的电路结构的图。
图5是示出实施方式1所涉及的噪声滤波器的等价电路的图。
图6是示出实施方式1所涉及的噪声滤波器的电磁噪声降低效果的解析结果例的图。
图7是示意地示出实施方式1所涉及的噪声滤波器的其他电路结构的图。
图8是示意地示出实施方式1所涉及的噪声滤波器的其他电路结构的图。
图9是示意地示出实施方式2所涉及的噪声滤波器的电路结构的图。
图10是示意地示出实施方式3所涉及的噪声滤波器的电路结构的图。
图11是示意地示出实施方式4所涉及的噪声滤波器的电路结构的图。
图12是示意地示出实施方式5所涉及的噪声滤波器的电路结构的图。
图13是示意地示出实施方式6所涉及的噪声滤波器的电路结构的图。
(符号说明)
1：第1导入端部；2：第2导入端部；3：第3导入端部；4：第4导入端部；5：第1导入布线；6：第2导入布线；7：第3导入布线；8：第4导入布线；9：第1连接布线；10：第2连接布线、11：第1电容器；12：第2电容器；13：电磁噪声发生源；14：负载；15a、15b：寄生电感；16a、16b：电感器；17：接地电位。
具体实施方式
实施方式1.
以下，参照附图说明与本申请相关的噪声滤波器的优选的实施方式。此外，关于同一内容以及相当部分附加同一符号，省略其详细的说明。以后的实施方式也同样地，关于附加同一符号的结构省略重复的说明。
[比较例的说明]
电磁噪声根据其传输路径被大致分成常模噪声和共模噪声。常模噪声还被称为差模噪声，是在信号线之间传输的电磁噪声，共模噪声是在信号线与基准接地电位之间传输的电磁噪声。
在图1所示的比较例1的电路结构中，包括具有第1导入端部1的第1导入布线5、具有第2导入端部2的第2导入布线6、具有第3导入端部3的第3导入布线7、具有第4导入端部4的第4导入布线8、连接第1导入布线5和第3导入布线7的第1连接布线9、连接第2导入布线6和第4导入布线8的第2连接布线10、以及将连接于第1导入布线5与第2导入布线6之间的第1电容器11和连接于第3导入布线7与第4导入布线8之间的第2电容器12并联连接的电容器群。对第1导入端部1和第2导入端部2连接电磁噪声发生源13，对第3导入端部3和第4导入端部4连接负载14。
第1电容器11和第2电容器12被称为线间电容器。线间电容器具备通过使常模噪声旁通而抑制向负载14传输电磁噪声的功能。因此，最好第1电容器11和第2电容器12的阻抗特性小。然而，在电容器自身或者将他们连接的布线中，起因于这些物理性的构造，与电容器串联地产生未意图的电感分量(寄生电感)。在该寄生电感大时，使电容器具有的电磁噪声的旁通效果降低。进而，在电容器自身或者将他们连接的布线中流过电流时，在周围发生磁通，在该磁通与其他布线或者电路交链时，由于磁耦合而表观寄生电感增加。
因此，在如图1所示，构成为接近地并联配置第1电容器11和第2电容器12的情况下，在第1电容器11中流过电流I1，从而发生磁通Φ1，在该磁通Φ1与第2电容器12交链时，依照楞次定律，发生与磁通Φ1逆朝向的磁通Φ2，在第2电容器12中流过感应电流I2。感应电流I2如图1或者图2的虚线箭头所示，在从第4导入布线8经由第2电容器12朝向第3导入布线7的方向上流动。因此，降低使第2电容器12的电磁噪声旁通的功能。换句话说，由于第1电容器11的寄生电感15a和第2电容器12的寄生电感15b磁耦合而表观寄生电感增加。
相对于此，在如图3所示的比较例2的情况下，通过使第1连接布线9和第2连接布线10交叉，抑制在电容器之间产生的磁耦合，使感应电流I2减少，从而能够降低寄生电感15a、15b。但是，由于使布线交叉而构造复杂化。
[实施方式1的结构的说明]
图4示出实施方式1的噪声滤波器结构的一个例子。由第1导入布线5、第1电容器11、第2导入布线6构成的第1路径、和由第3导入布线7、第2电容器12、第4导入布线8构成的第2路径的至少一部分相对各个的平面方向在垂直方向上相向。而且，以使在第1路径中流过的电流I1和在第2路径中流过的感应电流I2的朝向在第1电容器11和第2电容器12中成为相互相同的方向的方式配置。在此，感应电流I2是指由于磁通Φ2而流过的电流，该磁通Φ2是由于在第1路径中流过电流I1而发生的磁通Φ1与第2路径交链而依照楞次定律以与磁通Φ1相逆的朝向发生的。
感应电流I2在从第3导入布线7经由第2电容器12朝向第4导入布线8的方向上流动，所以相比于在图1或者图2中示出的比较例，如图5所示磁耦合相互成为逆朝向。由此，第1电容器11的寄生电感15a、和第2电容器12的寄生电感15b降低。因此，在本结构中，第1路径和第2路径的磁耦合越强，寄生电感的降低效果变得越大。此外，在本实施方式中，用直线表示第1连接布线9和第2连接布线10，但不限于此，例如，也可以设为相对第1路径和第2路径的各个所形成的平面是直角平行的布线、或者包含曲线的布线。
图6示出电磁噪声降低效果的解析结果。实施方式1的结构得到与比较例2相同以上的电磁噪声降低效果，相比于比较例1大幅改善电磁噪声降低效果。
通过这样的结构，噪声滤波器用第1电容器11和第2电容器12使从***于第1导入端部1与第2导入端部2之间的电磁噪声发生源13发生的电磁噪声旁通，从而能够抑制电磁噪声传输到***于第3导入端部3与第4导入端部4之间的负载14。
此外，在本实施方式中，设第1导入布线5、第2导入布线6、第3导入布线7、第4导入布线8、第1连接布线9、第2连接布线10为布线，但不限于此，也可以设为印刷基板的图案、或者母线。
另外，在第1导入端部1与第2导入端部2之间设置电磁噪声发生源，在第3导入端部3与第4导入端部4之间设置负载14，但不限于此，也可以设为在第1导入端部1与第2导入端部2之间设置负载14，在第3导入端部3与第4导入端部4之间设置电磁噪声发生源13的结构。在此，在本实施方式中，用交流电源的电路标号来表示电磁噪声发生源13，但不限于此，指起因于在设备的电力供给或者控制信号中不需要的高频信号而发生电磁噪声的所有例子。可以举出使用开关元件进行电力变换的逆变器、转换器、微型机、或者以ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)为首的IC这样的例子。
另外，负载14模拟与电磁噪声发生源13连接的设备，在本实施方式中，用电阻元件标记，但不限于此。即，指***电源、电池、在电力或者控制信号的供给中所需的电路、或者以马达为首的负载这样的、与电磁噪声发生源13连接的所有例子。
另外，也可以第1电容器11和第2电容器12的至少一方分别由多个元件构成。例如，可以考虑如图7所示第1电容器11由将电容器11a和电容器11b并联连接的2个电容器构成的情况、或者如图8所示第1电容器11由将电容器11c以及电容器11d串联连接的2个电容器构成的情况、或者、组合串联连接和并联连接的情况。
这样，根据本实施方式，将包括第1电容器11的第1路径和包括第2电容器12的第2路径的至少一部分相向地配置，并且以使在第1路径中流过的电流I1和在第2路径中流过的感应电流I2的朝向在第1电容器11和第2电容器12中成为相互相同的方向的方式配置，从而使第1电容器11和第2电容器12的磁耦合成为相互逆朝向，由此降低第1电容器11的寄生电感15a、和第2电容器12的寄生电感15b，无需如比较例2所示采用如使布线交叉的复杂的构造，而能够使常模噪声旁通，改善噪声滤波器的电磁噪声降低效果。
实施方式2.
图9是示出在图1所示的噪声滤波器中，形成第1电容器11的电容器11c以及电容器11d由对地电容器构成的噪声滤波器的一个例子的图。对地电容器是指，***于信号线与基准接地电位之间的电容器，电容器11c连接于第1导入布线5与基准接地电位之间，电容器11d连接于第2导入布线6与基准接地电位之间，具备使共模噪声旁通从而抑制电磁噪声传输到负载14的功能。此外，在图9中，将第1电容器11设为对地电容器，但第1电容器11以及第2电容器12的至少一方由对地电容器构成即可。
通过这样的构造，与实施方式1同样地，通过使第1电容器11和第2电容器12的磁耦合相互成为逆朝向，降低第1电容器11的寄生电感15a、和第2电容器12的寄生电感15b，从而能够使常模噪声旁通。进而，通过使第1电容器11以及第2电容器12的至少一方由对地电容器构成，从而共模噪声也能够降低，能够进一步改善噪声滤波器的电磁噪声降低效果。
实施方式3.
在图10中，对图9所示的形成对地电容器的电容器11c、电容器11d并联地连接电容器11a，构成第1电容器11。此外，在图10中，在第1电容器11中形成有对地电容器，但在第1电容器11以及第2电容器12的至少一方中形成有对地电容器即可。
通过这样的构造，与实施方式2同样地，使第1电容器11和第2电容器12的磁耦合相互成为逆朝向，从而使第1电容器11的寄生电感15a和第2电容器12的寄生电感15b降低，由此能够使常模噪声旁通，并且通过将形成第1电容器11的电容器11c、电容器11d设为对地电容器，从而共模噪声也能够降低，能够进一步改善噪声滤波器的电磁噪声降低效果。电容器11a与电容器11c以及电容器11d并联地连接，所以能够相比于实施方式2使常模噪声进一步旁通。此外，虽然利用第1电容器11进行了说明，但只要在第1电容器11以及第2电容器12的至少一方中形成有对地电容器，则起到同样的效果。
实施方式4.
图11是示出在实施方式1所示的噪声滤波器中在第1连接布线9中***电感器16a并且在第2连接布线10中***电感器16b的结构的一个例子的图。通过这样的构造，使第1电容器11和第2电容器12的磁耦合相互成为逆朝向，从而使第1电容器11的寄生电感15a和第2电容器12的寄生电感15b降低，由此能够使常模噪声旁通。进而，由电感器16a、16b和第1电容器11或者第2电容器12构成LC滤波器，从而能够进一步去除高频噪声。此外，在本实施方式中，在第1连接布线9和第2连接布线10这两方中***电感器16a、16b，但也可以设为在第1连接布线9以及第2连接布线10中的任意一方中***电感器的结构。另外，将电感器16a、16b设为电感器元件，但不限于此，也可以设为电缆、母线等感应分量为支配性的其他零件。进而，也可以电感器16a、16b的至少一方由多个元件构成。
实施方式5.
图12是示出构成实施方式1的噪声滤波器的第1路径和第2路径的相向部分中的、第1路径的至少一部分配置于第2路径的内周侧的结构的一个例子的图。即便是这样的构造，也能够得到与实施方式1所示的噪声滤波器同样的效果。进而，通过本结构，在第1路径中流过的电流I1发生的磁通Φ1更多地与第2路径交链，所以能够进一步加强第1路径和第2路径的磁耦合。
实施方式6.
图13是示出使构成实施方式1的噪声滤波器的第2导入布线6、第4导入布线8、第2连接布线10成为接地电位17的噪声滤波器结构的具体的一个例子的图。接地电位是指，例如，印刷基板的接地图案、或者箱体等。即便是这样的构造，也能够得到与实施方式1所示的噪声滤波器同样的效果。
本申请记载了各种例示性的实施方式以及实施例，但1个或者多个实施方式记载的各种特征、方式、以及功能不限于应用于特定的实施方式，能够单独或者以各种组合应用于实施方式。
因此，在本申请说明书公开的技术的范围内，设想未例示的无数的变形例。例如，包括将至少1个构成要素变形的情况、追加的情况或者省略的情况、进而抽出至少1个构成要素并与其他实施方式的构成要素组合的情况。

Claims (6)

1.一种噪声滤波器，具备：
第1导入部和第2导入部，与噪声发生源连接；
第1电容器，与所述噪声发生源并联地与所述第1导入部和所述第2导入部连接；
第3导入部和第4导入部，与负载连接；以及
第2电容器，与所述负载并联地与所述第3导入部和所述第4导入部连接，
其特征在于，
由所述第1导入部、所述第2导入部以及所述第1电容器构成的第1路径、和由所述第3导入部、所述第4导入部以及所述第2电容器构成的第2路径以至少一部分在垂直方向上相向的方式配置，并且以使所述第1电容器和所述第2电容器并联连接的方式连接所述第1路径和所述第2路径，以使在所述第1路径中流过的电流的朝向和由于所述电流发生的磁通与所述第2路径交链而流过的感应电流的朝向在所述第1电容器和所述第2电容器中成为相互相同的方向的方式配置。
2.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其特征在于，
所述第1电容器以及所述第2电容器的至少一方由对地电容器构成。
3.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其特征在于，
所述第1电容器以及所述第2电容器的至少一方由线间电容器和对地电容器的组合构成。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的噪声滤波器，其特征在于，
在所述第1路径和所述第2路径的相向部分中，所述第1路径配置于所述第2路径的内侧。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的噪声滤波器，其特征在于，
在所述第1路径和所述第2路径的连接部中***有电感器。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的噪声滤波器，其特征在于，
使成为从所述噪声发生源向所述负载的电流路径的所述第1导入部、所述第3导入部以及所述第1路径和所述第2路径的连接部成为接地电位。
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