JP2010130312A - 表面実装型パルストランス及びコモンモードフィルタ付表面実装型パルストランス - Google Patents
表面実装型パルストランス及びコモンモードフィルタ付表面実装型パルストランス Download PDFInfo
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Abstract
【課題】表面実装型パルストランスにおいて、1つのドラム型コアに巻回する巻線の数を削減する。
【解決手段】巻線S1A,S2Aが互いに同一の巻回方向で巻回されたドラム型コア11Aと、巻線S1B,S2Bが互いに同一の巻回方向で巻回されたドラム型コア11Bとを備え、巻線S1Aのドラム型コア11Aの一端側の端部がプラス側入力端子IN+、巻線S1Bのドラム型コア11Bの他端側の端部がマイナス側入力端子IN−、巻線S1Aのドラム型コア11Aの他端側の端部及び巻線S1Bのドラム型コア11Bの一端側の端部が入力側中間タップCT、巻線S2Aのドラム型コア11Aの一端側の端部がプラス側出力端子OUT+、巻線S2Bのドラム型コア11Bの他端側の端部がマイナス側出力端子OUT−、巻線S2Aのドラム型コア11Aの他端側の端部及び巻線S2Bのドラム型コア11Bの一端側の端部が出力側中間タップCTにそれぞれ接続される。
【選択図】図2
【解決手段】巻線S1A,S2Aが互いに同一の巻回方向で巻回されたドラム型コア11Aと、巻線S1B,S2Bが互いに同一の巻回方向で巻回されたドラム型コア11Bとを備え、巻線S1Aのドラム型コア11Aの一端側の端部がプラス側入力端子IN+、巻線S1Bのドラム型コア11Bの他端側の端部がマイナス側入力端子IN−、巻線S1Aのドラム型コア11Aの他端側の端部及び巻線S1Bのドラム型コア11Bの一端側の端部が入力側中間タップCT、巻線S2Aのドラム型コア11Aの一端側の端部がプラス側出力端子OUT+、巻線S2Bのドラム型コア11Bの他端側の端部がマイナス側出力端子OUT−、巻線S2Aのドラム型コア11Aの他端側の端部及び巻線S2Bのドラム型コア11Bの一端側の端部が出力側中間タップCTにそれぞれ接続される。
【選択図】図2
Description
本発明は表面実装型パルストランス及びコモンモードフィルタ付表面実装型パルストランスに関する。
パソコンなどの機器をLANや電話網などのネットワークに接続する場合、ケーブルを通して侵入するESD(ElectroStatic Discharge,静電放電)や高電圧から機器を守る必要がある。そこで、ケーブルと機器の接続点を構成するコネクタにはパルストランスが用いられる。
従来用いられているパルストランスはドーナツ型の磁心(トロイダルコア)に一次コイルと二次コイルを巻回して作られており(例えば特許文献1を参照。)、一次コイルに印加される電圧のうち交流成分(パルス)のみを二次コイルに伝えるという性質を有する。直流成分は二次コイルに伝わらないため、パルストランスはESDや高電圧を遮断することができる。
ところで、近年はパルストランスにも小型化・表面実装化が求められており、そのためにトロイダルコアではなくドラム型コアを用いる例が登場している。そのようなパルストランスを表面実装型パルストランスという。
図10に、表面実装型パルストランスの典型的な構成例を示す。また、図11は、図10に示す表面実装型パルストランス1の等価回路を示す図である。
図10に示すように、表面実装型パルストランス1はドラム型コア2を有し、ドラム型コア2は、巻線を巻回するための巻芯部2aと、巻芯部2aの両端に設けられた鍔部2b,2cとを有している。鍔部2b,2cの上面にはそれぞれ3つの端子電極P1〜P3,P4〜P6が設けられている。
図10及び図11に示すように、巻芯部2aには巻線S1〜S4が巻回されており、巻線S1の両端S1a,S1bはそれぞれ端子電極P1,P2に、巻線S2の両端S2a,S2bは端子電極P2,P3に、巻線S3の両端S3a,S3bは端子電極P4,P5に、巻線S4の両端S4a,S4bは端子電極P5,P6にそれぞれ継線されている。
表面実装型パルストランス1は平衡入出力の回路であり、図11に示すように、端子電極P1とP3はそれぞれ平衡入力のプラス側端子IN+とマイナス側端子IN−になる。また、端子電極P4とP6はそれぞれ平衡出力のプラス側端子OUT+とマイナス側端子OUT−になる。各巻線は、端子IN+から端子IN−に向かって電流が流れた場合に、端子OUT+から端子OUT−に向かって誘導電流が流れるよう、巻芯部2aに巻回される。端子電極P2,P5は、それぞれ入力側,出力側の中間タップCTとなる。
特開平7−161535号公報
しかしながら、上記従来の表面実装型パルストランスでは、1つのドラム型コアに4本もの巻線を巻回しなければならず、巻回作業が複雑となり、1つのドラム型コアに設ける端子電極の数も多くなってしまうという問題があった。
したがって、本発明の目的の一つは、1つのドラム型コアに巻回する巻線の数を削減できる表面実装型パルストランス及びコモンモードフィルタ付表面実装型パルストランスを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明による表面実装型パルストランスは、第1及び第3の巻線が互いに同一の巻回方向で巻回された第1のドラム型コアと、第2及び第4の巻線が互いに同一の巻回方向で巻回された第2のドラム型コアとを備え、前記第1の巻線の前記第1のドラム型コアの一端側の端部がプラス側入力端子に接続され、前記第2の巻線の前記第2のドラム型コアの他端側の端部がマイナス側入力端子に接続され、前記第1の巻線の前記第1のドラム型コアの他端側の端部及び前記第2の巻線の前記第2のドラム型コアの一端側の端部が入力側中間タップに接続され、前記第3の巻線の前記第1のドラム型コアの一端側の端部がプラス側出力端子に接続され、前記第4の巻線の前記第2のドラム型コアの他端側の端部がマイナス側出力端子に接続され、前記第3の巻線の前記第1のドラム型コアの他端側の端部及び前記第4の巻線の前記第2のドラム型コアの一端側の端部が出力側中間タップに接続されることを特徴とする。
本発明によれば、2本の巻線のみが巻回された第1及び第2のドラム型コアによってパルストランスを構成できるので、1つのドラム型コアに巻回する巻線の数を削減できる。また、第1の巻線と第4の巻線、第2の巻線と第3の巻線がそれぞれ磁気結合しないので、パルストランスの特性を良好に保つことが容易になる。
また、本発明によるコモンモードフィルタ付表面実装型パルストランスは、第1及び第3の巻線が互いに同一の巻回方向で巻回された第1のドラム型コアと、第2及び第4の巻線が互いに同一の巻回方向で巻回された第2のドラム型コアと、第5及び第6の巻線が互いに同一の巻回方向で巻回された第3のドラム型コアとを備え、前記第3の巻線の前記第1のドラム型コアの一端側の端部と前記第5の巻線の前記第3のドラム型コアの一端側の端部とが接続され、前記第4の巻線の前記第2のドラム型コアの他端側の端部と前記第6の巻線の前記第3のドラム型コアの一端側の端部とが接続され、前記第1の巻線の前記第1のドラム型コアの一端側の端部がプラス側入力端子に接続され、前記第2の巻線の前記第2のドラム型コアの他端側の端部がマイナス側入力端子に接続され、前記第1の巻線の前記第1のドラム型コアの他端側の端部及び前記第2の巻線の前記第2のドラム型コアの一端側の端部が入力側中間タップに接続され、前記第3の巻線の前記第1のドラム型コアの他端側の端部及び前記第4の巻線の前記第2のドラム型コアの一端側の端部が出力側中間タップに接続され、前記第5の巻線の前記第3のドラム型コアの他端側の端部がプラス側出力端子に接続され、前記第6の巻線の前記第3のドラム型コアの他端側の端部がマイナス側出力端子に接続されることを特徴とする。
本発明によれば、表面実装型パルストランスにおいて、1つのドラム型コアに巻回する巻線の数を削減できるとともに、3つの同様な構成のコモンモードフィルタを基板上に並べてコモンモードフィルタ付表面実装型パルストランスを構成することが可能になる。
このように、本発明によれば、表面実装型パルストランスにおいて、1つのドラム型コアに巻回する巻線の数を削減できる
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
本実施の形態では表面実装型コモンモードフィルタを用いるので、本実施の形態による表面実装型パルストランスの説明に先立ち、本実施の形態で用いる表面実装型コモンモードフィルタについて説明しておく。
図1は、本実施の形態で用いる表面実装型コモンモードフィルタ10の外観構造を示す略斜視図である。同図に示すように、表面実装型コモンモードフィルタ10はドラム型コア11と、ドラム型コア11に取り付けられた板状コア12と、ドラム型コア11に巻回された巻線S1,S2とを備えている。
ドラム型コア11は、棒状の巻芯部11aと、巻芯部11aの両端に設けられた鍔部11b,11cとを備え、これらが一体化された構造を有している。ドラム型コア11は基板上に設置して用いるものであり、鍔部11b,11cの上面11bs,11csを基板に対向させた状態で該基板に貼り付けられる。板状コア12は、鍔部11b,11cの下面(上面11bs,11csの反対側の面)と固着している。
なお、ドラム型コア11及び板状コア12は、比較的透磁率の高い磁性材料、例えばNi−Zn系フェライトやMn−Zn系フェライトの焼結体によって作られている。なお、Mn−Zn系フェライトなどの透磁率の高い磁性材料は、固有抵抗が低く導電性を有しているのが通常である。
鍔部11bの上面11bsには2つの端子電極E1,E2が形成されており、鍔部11cの上面11csには2つの端子電極E3,E4が形成されている。端子電極E1,E2は、図1に示したx方向(基板面内で磁心方向(y方向)と垂直な方向)の一端側から、この順で配置されている。同様に、端子電極E3,E4も、x方向の一端側から、この順で配置されている。端子電極E1〜E4には巻線S1,S2の各端部が熱圧着により継線される。
巻線S1,S2は被覆導線であり、巻芯部11aに互いに同一の巻回方向で巻回されてコイル導体を構成する。巻線S1,S2のターン数も互いに同一である。具体的な巻き方としては、図1に示すような2層構造としてもよいし、巻線S1,S2を交互に並べて巻く所謂バイファイラ巻きとしてもよい。巻線S1の一端(鍔部11b側の端部)S1a,他端(鍔部11c側の端部)S1bはそれぞれ端子電極E1,E3に継線される。また、巻線S2の一端(鍔部11b側の端部)S2a,他端(鍔部11c側の端部)S2bはそれぞれ端子電極E2,E4に継線される。
以上が、本実施の形態で用いる表面実装型コモンモードフィルタ10の説明である。続いて、本発明の第1の実施の形態による表面実装型パルストランスについて説明する。
図2は、第1の実施の形態による表面実装型パルストランス20の模式図である。なお、図2は、表面実装型パルストランス20が設置される基板を、設置面の裏側から見た透視図としている。また、図3は、表面実装型パルストランス20の等価回路図である。以下、これらの図を参照しながら説明する。
図2に示すように、表面実装型パルストランス20は、2つの表面実装型コモンモードフィルタ10を用いる。なお、以下の説明において符号末尾に「A」「B」を付ける場合があるが、「A」は1つ目の表面実装型コモンモードフィルタ10に関する構成を示し、「B」は2つ目の表面実装型コモンモードフィルタ10に関する構成を示す。
図2に示すように、端子電極E3Aと端子電極E1B、端子電極E4Aと端子電極E2Bはそれぞれ短絡される。すなわち、表面実装型コモンモードフィルタ10Aと表面実装型コモンモードフィルタ10Bは、直列に接続される。
また、端子電極E1A,E3Bをそれぞれ平衡入力のプラス側入力端子IN+,マイナス側入力端子IN−とし、端子電極E2A,E4Bをそれぞれ平衡出力のプラス側出力端子OUT+,マイナス側出力端子OUT−とする。さらに、端子電極E3A(端子電極E1B),端子電極E4A(端子電極E2B)をそれぞれ入力側、出力側の中間タップCTとする。
以上のようにすることで、図3の等価回路図に示すように、2つの表面実装型コモンモードフィルタ10A,10Bは、1つの表面実装型パルストランス20として機能する。すなわち、巻線S1A(第1の巻線)はプラス入力側コイルを構成し、巻線S1B(第2の巻線)はマイナス入力側コイルを構成し、巻線S2A(第3の巻線)はプラス出力側コイルを構成し、巻線S2B(第4の巻線)はマイナス出力側コイルを構成する。
図2及び図3から明らかなように、この表面実装型パルストランス20ではドラム型コアに4本の巻線を巻回する必要はなく、したがって、背景技術による表面実装型パルストランスに比べ、1つのドラム型コアに巻回する巻線の数を削減できる。
図4は、表面実装型パルストランス20が実装されるプリント基板50の平面図である。
図4に示すプリント基板50上の領域50A,50Bはそれぞれ、表面実装型コモンモードフィルタ10A,10Bの搭載領域である。同図に示すように、搭載領域50A,50Bには、それぞれ4つのランドパターン51A〜54A,51B〜54Bが設けられている。ランドパターン51A,53Bは一対の平衡伝送線路STL1,SBL1に接続されるパターンであり、それぞれ端子電極E1A,E3Bに接続される。ランドパターン52A,54Bは平衡伝送線路STL2,SBL2に接続されるパターンであり、それぞれ端子電極E2A,E4Bに接続される。ランドパターン53A,54A,51B,52Bは基板50上の配線パターンにより短絡され、グランドGNDに接続される。ランドパターン53A,54A,51B,52Bは、それぞれ端子電極E3A,E4A,E1B,E2Bに接続される。
このようなレイアウトにより、平衡伝送線路STL1,SBL1と平衡伝送線路STL2,STL2とを平行且つ直線的に形成することができる。これにより、プリント基板上における配線パターンの迂回などが不要となることから、配線パターンの占有面積が必要以上に増大することがなく、しかも、配線パターンの対称性を確保することが可能となる。これにより、装置全体の小型化と信号品質の向上を両立させることが可能となる。
なお、図4ではランドパターン53A,54A,51B,52Bをいずれも接地しているが、入力側と出力側の中間タップを別々に他の回路に接続する場合には、ランドパターン53A,51Bと、ランドパターン54A,52Bとをそれぞれの線路に接続することとしてもよい。
基板50を以上のように構成したので、基板50上に表面実装型パルストランス20を実装することで、表面実装型パルストランス20の端子電極間の接続並びに入出力及び中間タップの接続を、基板50上の配線パターンにより実現することが可能になる。
以上説明したように、表面実装型パルストランス20によれば、1つのドラム型コアに巻回する巻線の数を削減できる。
また、表面実装型パルストランス20では、巻線S1Aと巻線S2B、巻線S1Bと巻線S2Aはそれぞれ磁気結合しない。4本の巻線を1つのドラム型コアに巻回する表面実装型パルストランスでは4本の巻線が相互に磁気結合するので、各巻線を巻回する際、各巻線相互の位置を精度よく定める必要があるが、表面実装型パルストランス20では、そのような必要がない。つまり、表面実装型パルストランス20では、パルストランスとしての特性を良好に保つことが容易になる。
次に、本発明の第2の実施の形態による表面実装型パルストランスについて説明する。図5は、第2の実施の形態による表面実装型パルストランス30の模式図である。なお、図5は、表面実装型パルストランス30が設置される基板を、設置面の裏側から見た透視図としている。また、図6は、表面実装型パルストランス30の等価回路図である。
表面実装型パルストランス30は、表面実装型パルストランス20の出力側にコモンモードフィルタが追加されてなるモンモードフィルタ付表面実装型パルストランスである。以下、表面実装型パルストランス20からの追加点を中心に説明する。
図5に示すように、表面実装型パルストランス30は、3つの表面実装型コモンモードフィルタ10を用いる。このうちの2つは、表面実装型パルストランス20で用いる表面実装型コモンモードフィルタ10A,10Bである。なお、以下の説明において符号末尾に「C」を付ける場合があるが、この「C」は、追加された表面実装型コモンモードフィルタ10に関する構成を示す。
図5に示すように、端子電極E2Aと端子電極E2C、端子電極E4Bと端子電極E1Cはそれぞれ短絡される。
また、端子電極E1A,E3Bをそれぞれ平衡入力のプラス側入力端子IN+,マイナス側入力端子IN−とし、端子電極E4C,E3Cをそれぞれ平衡出力のプラス側出力端子OUT+,マイナス側出力端子OUT−とする。さらに、端子電極E3A(端子電極E1B),端子電極E4A(端子電極E2B)をそれぞれ、表面実装型パルストランス20の入力側、出力側の中間タップCTとする。
以上のようにすることで、図6の等価回路図に示すように、表面実装型コモンモードフィルタ10Cは、表面実装型パルストランス20の出力側に直列に接続されたコモンモードフィルタとして機能する。すなわち、巻線S2C(第5の巻線)はコモンモードフィルタのプラス側コイルを構成し、巻線S1C(第6の巻線)はマイナス側コイルを構成する。
図7は、表面実装型パルストランス20が実装されるプリント基板50の平面図である。
図7に示すプリント基板50上の領域50A〜50Cはそれぞれ、表面実装型コモンモードフィルタ10A〜10Cの搭載領域である。搭載領域50A,50B内の構成については、第1の実施の形態と同様であるので説明を省略する。搭載領域50Cには、4つのランドパターン51C〜54Cが設けられている。ランドパターン51C,52Cは、基板50上の配線パターンにより、それぞれランドパターン54B,52Aと短絡される。ランドパターン54B,52Aに接続されていた平衡伝送線路STL2,SBL2は、ランドパターン54B,52Aではなくランドパターン53C,54Cに接続される。また、ランドパターン51C〜54Cはそれぞれ端子電極E1C〜E4Cに接続される。このようなレイアウトにより、第1の実施の形態と同様、平衡伝送線路STL1,SBL1と平衡伝送線路STL2,STL2とを平行且つ直線的に形成することができる。
基板50を以上のように構成したので、基板50上に表面実装型パルストランス30を実装することで、表面実装型パルストランス30の端子電極間の接続並びに入出力及び中間タップの接続を、基板50上の配線パターンにより実現することが可能になる。
以上説明したように、表面実装型パルストランス30は、表面実装型パルストランス20の出力側にコモンモードフィルタが付加されたコモンモードフィルタ付表面実装型パルストランスとして機能する。そして、3つの同様な構成のコモンモードフィルタを基板上に並べてコモンモードフィルタ付表面実装型パルストランスを構成することが可能になっている。
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
例えば、上記第1の実施の形態では、図2に示したように、中間タップに接続する端子電極同士が互いに向かい合うよう、2つの表面実装型コモンモードフィルタ10A,10Bを配置した。その結果、入出力端子は表面実装型パルストランス20の両端に位置することとなり、プラス側端子とマイナス側端子が離れてしまっていたが、例えば図8に示すように表面実装型コモンモードフィルタ10Bの向きを変えることで、プラス側端子とマイナス側端子を近づけることが可能になる。
なお、信号線に挿入されるトランスには、上記実施の形態で説明したパルストランスの他、バルントランスも知られているが、本発明をバルントランスに適用するのは困難である。以下、詳しく説明する。
図9(a)は一般的なパルストランスの等価回路、図9(b)は一般的なバルントランスの等価回路を示している。これらの図に示すように、パルストランスとバルントランスはともに、入力側に2つのコイル(コイルL1,L2)を有し、出力側にも2つのコイル(コイルL3,L4)を有している。
パルストランスは、上述したように平衡入出力の回路であるので、入力端子(プラス側入力端子IN+とマイナス側入力端子IN−)と出力端子(プラス側出力端子OUT+とマイナス側出力端子OUT−)がそれぞれ2つずつある。入力電流の流れる方向は、プラス側入力端子IN+とマイナス側入力端子IN−のそれぞれから入力側中間タップCT(グランド)に向かう方向(電流iin+と電流iin−)となり、コイルL1,L2を流れる電流の間に時間差は生じない。また、出力電流の流れる方向は、出力側中間タップCT(グランド)からプラス側出力端子OUT+とマイナス側出力端子OUT−のそれぞれに向かう方向(電流iout+と電流iout−)となり、コイルL3,L4を流れる電流の間に時間差は生じない。
これに対し、バルントランスは不平衡入力平衡出力の回路であるので、入力端子(入力端子IN)は1つだけであり、出力端子(プラス側出力端子OUT+とマイナス側出力端子OUT−)は2つある。コイルL2の他端(コイルL1と接続する端部の反対側の端部)はグランドに接続される。入力電流の流れる方向は、入力端子INからコイルL2の他端に向かう方向(電流iin)となり、コイルL2を流れる電流は、コイルL1を流れる電流に比べて時間的に遅れた電流となる。また、出力電流の流れる方向は、マイナス側出力端子OUT−からプラス側出力端子OUT+に向かう方向(電流iout)となり、コイルL3を流れる電流は、コイルL4を流れる電流に比べて時間的に遅れた電流となる。
このように、パルストランスとバルントランスとでは、入力側に2つのコイル、出力側に2つのコイルに電流の時間差があるか否かという点が異なっている。そして、このような時間差がある場合、コイルL1とコイルL4、コイルL2とコイルL3は磁気結合していなければならない。上述のように、本発明ではコイルL1とコイルL4、コイルL2とコイルL3がそれぞれ磁気結合しないので、本発明をバルントランスに適用することは困難となっている。
10 表面実装型コモンモードフィルタ
11 ドラム型コア
11a 巻芯部
11b,11c 鍔部
12 板状コア
20 表面実装型パルストランス
30 コモンモードフィルタ付表面実装型パルストランス
50 プリント基板
50A〜50C 搭載領域
51A〜54A,51B〜54B,51C〜54C ランドパターン
E1〜E4 端子電極
L1〜L4 コイル
S1〜S4 巻線
11 ドラム型コア
11a 巻芯部
11b,11c 鍔部
12 板状コア
20 表面実装型パルストランス
30 コモンモードフィルタ付表面実装型パルストランス
50 プリント基板
50A〜50C 搭載領域
51A〜54A,51B〜54B,51C〜54C ランドパターン
E1〜E4 端子電極
L1〜L4 コイル
S1〜S4 巻線
Claims (2)
- 第1及び第3の巻線が互いに同一の巻回方向で巻回された第1のドラム型コアと、第2及び第4の巻線が互いに同一の巻回方向で巻回された第2のドラム型コアとを備え、
前記第1の巻線の前記第1のドラム型コアの一端側の端部がプラス側入力端子に接続され、
前記第2の巻線の前記第2のドラム型コアの他端側の端部がマイナス側入力端子に接続され、
前記第1の巻線の前記第1のドラム型コアの他端側の端部及び前記第2の巻線の前記第2のドラム型コアの一端側の端部が入力側中間タップに接続され、
前記第3の巻線の前記第1のドラム型コアの一端側の端部がプラス側出力端子に接続され、
前記第4の巻線の前記第2のドラム型コアの他端側の端部がマイナス側出力端子に接続され、
前記第3の巻線の前記第1のドラム型コアの他端側の端部及び前記第4の巻線の前記第2のドラム型コアの一端側の端部が出力側中間タップに接続されることを特徴とする表面実装型パルストランス。 - 第1及び第3の巻線が互いに同一の巻回方向で巻回された第1のドラム型コアと、第2及び第4の巻線が互いに同一の巻回方向で巻回された第2のドラム型コアと、第5及び第6の巻線が互いに同一の巻回方向で巻回された第3のドラム型コアとを備え、
前記第3の巻線の前記第1のドラム型コアの一端側の端部と前記第5の巻線の前記第3のドラム型コアの一端側の端部とが接続され、
前記第4の巻線の前記第2のドラム型コアの他端側の端部と前記第6の巻線の前記第3のドラム型コアの一端側の端部とが接続され、
前記第1の巻線の前記第1のドラム型コアの一端側の端部がプラス側入力端子に接続され、
前記第2の巻線の前記第2のドラム型コアの他端側の端部がマイナス側入力端子に接続され、
前記第1の巻線の前記第1のドラム型コアの他端側の端部及び前記第2の巻線の前記第2のドラム型コアの一端側の端部が入力側中間タップに接続され、
前記第3の巻線の前記第1のドラム型コアの他端側の端部及び前記第4の巻線の前記第2のドラム型コアの一端側の端部が出力側中間タップに接続され、
前記第5の巻線の前記第3のドラム型コアの他端側の端部がプラス側出力端子に接続され、
前記第6の巻線の前記第3のドラム型コアの他端側の端部がマイナス側出力端子に接続されることを特徴とするコモンモードフィルタ付表面実装型パルストランス。
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