JP2004080437A - Normal-mode signal suppressing circuit - Google Patents

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JP2004080437A
JP2004080437A JP2002238515A JP2002238515A JP2004080437A JP 2004080437 A JP2004080437 A JP 2004080437A JP 2002238515 A JP2002238515 A JP 2002238515A JP 2002238515 A JP2002238515 A JP 2002238515A JP 2004080437 A JP2004080437 A JP 2004080437A
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Masaru Wazaki
和崎 賢
Yoshihiro Saito
斎藤 義広
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a normal-mode signal suppressing circuit capable of efficiently suppressing normal mode signals over a wide frequency range, and of being miniaturized. <P>SOLUTION: The normal-mode signal suppressing circuit is provided with a first inductance element 11 inserted into a conductive wire 3 at a first position A, and a second inductance element 12 connected to the element 11 via a magnetic core 13. The normal-mode signal suppressing circuit is also provided with a negative-phase signal transmission circuit 15, when the circuit is connected to the element 12 at second position B in the conductive wire 3; and an impedance element 16 provided between the positions A and B in the conductive wire 3 and for reducing a peak value of a passing signal. The circuit 15 detects a normal mode signal on the conductive wire 3, and supplies an inverted signal, having a phase inverse of the normal signal with respect to the element 12. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電線によって伝送されるノーマルモード信号を抑制するノーマルモード信号抑制回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
スイッチング電源、インバータ、照明機器の点灯回路等のパワーエレクトロニクス機器は、電力の変換を行う電力変換回路を有している。電力変換回路は、直流を矩形波の交流に変換するスイッチング回路を有している。そのため、電力変換回路は、スイッチング回路のスイッチング周波数と等しい周波数のリップル電圧や、スイッチング回路のスイッチング動作に伴うノイズを発生させる。このリップル電圧やノイズは他の機器に悪影響を与える。そのため、電力変換回路と他の機器あるいは線路との間には、リップル電圧やノイズを低減する手段を設ける必要がある。
【0003】
リップル電圧やノイズを低減する手段としては、インダクタンス素子(インダクタ)とキャパシタとを含むフィルタ、いわゆるLCフィルタがよく用いられている。LCフィルタには、インダクタンス素子とキャパシタとを1つずつ有するものの他に、T型フィルタやπ型フィルタ等がある。また、電磁妨害(EMI)対策用の一般的なノイズフィルタも、LCフィルタの一種である。一般的なEMIフィルタは、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、Xキャパシタ、Yキャパシタ等のディスクリート素子を組み合わせて構成されている。
【0004】
また、最近、家庭内における通信ネットワークを構築する際に用いられる通信技術として電力線通信が有望視され、その開発が進められている。電力線通信では、電力線に高周波信号を重畳して通信を行う。この電力線通信では、電力線に接続された種々の電気・電子機器の動作によって、電力線上にノイズが発生し、このことが、エラーレートの増加等の通信品質の低下を招く。そのため、電力線上のノイズを低減する手段が必要になる。また、電力線通信では、屋内電力線上の通信信号が屋外電力線に漏洩することを阻止する必要がある。このような電力線上のノイズを低減したり、屋内電力線上の通信信号が屋外電力線に漏洩することを阻止する手段としても、LCフィルタが用いられている。
【0005】
図8は、LCフィルタの構成の一例を示している。このLCフィルタは、一対の端子101a,101bと、他の一対の端子102a,102bと、インダクタンス素子としてのコイル103と、キャパシタ104とを備えている。端子102bは端子101bに接続されている。コイル103の一端は端子101aに接続され、他端は端子102aに接続されている。キャパシタ104の一端は、コイル103の他端および端子102aに接続されている。キャパシタ104の他端は端子101b,102bに接続されている。
【0006】
図8に示したLCフィルタは、電力を輸送する2本の導電線の途中に挿入される。端子101a,102aは一方の導電線に接続され、端子101b,102bは他方の導電線に接続される。
【0007】
2本の導電線を伝搬するノイズには、2本の導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモードのノイズと、2本の導電線を同じ位相で伝搬するコモンモードのノイズとがある。図8に示したLCフィルタは、ノーマルモードのノイズを低減するものである。
【0008】
また、特開平9−102723号公報には、変圧器を用いたラインフィルタが記載されている。このラインフィルタは、変圧器とフィルタ回路とを備えている。変圧器の2次巻線は、交流電源から負荷に供給する電力を輸送する2本の導電線のうちの一方に挿入されている。フィルタ回路の2つの入力端は交流電源の両端に接続され、フィルタ回路の2つの出力端は変圧器の1次巻線の両端に接続されている。このラインフィルタでは、フィルタ回路によって電源電圧からノイズ成分を抽出し、このノイズ成分を変圧器の1次巻線に供給することによって、変圧器の2次巻線が挿入された導電線上において電源電圧からノイズ成分を差し引くようになっている。このラインフィルタは、ノーマルモードのノイズを低減する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来のLCフィルタでは、インダクタンスおよびキャパシタンスで決まる固有の共振周波数を有するため、所望の減衰量を狭い周波数範囲でしか得ることができないという問題点があった。
【0010】
また、電力輸送用の導電線に挿入されるフィルタには、電力輸送用の電流が流れている状態で所望の特性が得られることと、温度上昇に対する対策が要求される。そのため、このようなフィルタでは、所望の特性を実現するためにはインダクタンス素子が大型化するという問題点があった。
【0011】
一方、特開平9−102723号公報に記載されたラインフィルタでは、フィルタ回路のインピーダンスが0であると共に変圧器の結合係数が1であれば、理論的には、ノイズ成分を完全に除去することができる。しかしながら、実際には、フィルタ回路のインピーダンスは、0になることはなく、更に、周波数に応じて変化する。特に、キャパシタによってフィルタ回路を構成した場合には、このキャパシタと変圧器の1次巻線とによって直列共振回路が構成される。そのため、このキャパシタと変圧器の1次巻線とを含む信号の経路のインピーダンスは、直列共振回路の共振周波数近傍の狭い周波数範囲でのみ小さくなる。その結果、このラインフィルタでは、狭い周波数範囲でしかノイズ成分を除去することができない。また、変圧器の結合係数は、実際には1よりも小さくなる。従って、変圧器の1次巻線に供給されたノイズ成分が、完全に電源電圧から差し引かれるわけではない。これらのことから、実際に構成されたラインフィルタでは、広い周波数範囲においてノイズ成分を効果的に除去することができないという問題点がある。
【0012】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、広い周波数範囲においてノーマルモード信号を効果的に抑制でき、且つ小型化が可能なノーマルモード信号抑制回路を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明のノーマルモード信号抑制回路は、2本の導電線によって伝送され、2本の導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモード信号を抑制する回路であって、
所定の第1の位置において一方の導電線に挿入された第1のインダクタンス素子と、
第1のインダクタンス素子との間で相互インダクタンスが発生するように、第1のインダクタンス素子に結合された第2のインダクタンス素子と、
第2のインダクタンス素子に接続されると共に、第1の位置とは異なる第2の位置において一方の導電線に接続され、ノーマルモード信号を抑制するための逆相信号を伝送する逆相信号伝送手段と、
一方の導電線において、第1の位置と第2の位置の間に設けられ、通過するノーマルモード信号の波高値を低減するインピーダンス素子とを備えている。
【0014】
本発明のノーマルモード信号抑制回路において、ノーマルモード信号の発生源が、第1の位置と第2の位置の間の位置を除いて、第1の位置よりも第2の位置に近い位置にある場合には、逆相信号伝送手段は、ノーマルモード信号を検出すると共に、検出したノーマルモード信号に対して逆相となる逆相信号を第2のインダクタンス素子に供給し、第2のインダクタンス素子は、第1のインダクタンス素子を介して、逆相信号を一方の導電線に注入する。これにより、一方の導電線において、第1の位置からノーマルモード信号の進行方向の先でノーマルモード信号が抑制される。
【0015】
また、本発明のノーマルモード信号抑制回路において、ノーマルモード信号の発生源が、第1の位置と第2の位置の間の位置を除いて、第2の位置よりも第1の位置に近い位置にある場合には、第2のインダクタンス素子はノーマルモード信号を検出し、逆相信号伝送手段は、第2のインダクタンス素子によって検出されたノーマルモード信号に対して逆相となる逆相信号を一方の導電線に注入する。これにより、一方の導電線において、第2の位置からノーマルモード信号の進行方向の先でノーマルモード信号が抑制される。
【0016】
また、本発明のノーマルモード信号抑制回路では、インピーダンス素子によって、通過するノーマルモード信号の波高値が低減される。これにより、インピーダンス素子を経由して伝搬するノーマルモード信号の波高値と、逆相信号伝送手段を経由して一方の導電線に注入される逆相信号の波高値との差が低減される。
【0017】
本発明のノーマルモード信号抑制回路において、逆相信号伝送手段は、ノーマルモード信号を通過させるためのハイパスフィルタを有していてもよい。このハイパスフィルタは、キャパシタを含んでいてもよい。また、ハイパスフィルタは、複合された複数のキャパシタを含んでいてもよい。
【0018】
また、本発明のノーマルモード信号抑制回路において、インピーダンス素子は、一方の導電線に挿入された第3のインダクタンス素子を有していてもよい。この第3のインダクタンス素子のインダクタンスは0.3μH以上であってもよい。
【0019】
また、本発明のノーマルモード信号抑制回路において、第1のインダクタンス素子と第2のインダクタンス素子との結合係数は0.7以上であってもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るノーマルモード信号抑制回路の基本的な構成を示す回路図である。本実施の形態に係るノーマルモード信号抑制回路は、一対の端子1a,1bと、他の一対の端子2a,2bと、端子1a,2a間を接続する導電線3と、端子1b,2b間を接続する導電線4とを備えている。このノーマルモード信号抑制回路は、交流電力または直流電力を輸送する電力線に接続されるようになっている。電力線は、2本の電力導電線を含んでいる。ノーマルモード信号抑制回路は、2本の電力導電線の途中に挿入されるようになっている。端子1a,2aは一方の電力導電線に接続され、端子1b,2bは他方の電力導電線に接続される。ノーマルモード信号抑制回路の抑制対象となるノーマルモード信号の発生源は、端子1a,1bまたは端子2a,2bに接続される。従って、抑制対象となるノーマルモード信号は、端子1a,1bまたは端子2a,2bからノーマルモード信号抑制回路に入力される。
【0021】
ここで、ノーマルモード信号とは、2本の電力導電線によって伝送され、2本の電力導電線の間で電位差を生じさせる信号である。抑制対象となるノーマルモード信号には、ノイズや、不必要な通信信号がある。
【0022】
ノーマルモード信号抑制回路は、更に、所定の第1の位置Aにおいて、導電線3に挿入された第1のインダクタンス素子11と、この第1のインダクタンス素子11との間で相互インダクタンスが発生するように、磁芯13を介して第1のインダクタンス素子11に結合された第2のインダクタンス素子12とを備えている。インダクタンス素子11,12はそれぞれ巻線を有し、これらの巻線の巻数比は、例えば1:1である。
【0023】
ノーマルモード信号抑制回路は、更に、第2のインダクタンス素子12に接続されると共に、第1の位置Aとは異なる位置Bにおいて導電線3に接続され、ノーマルモード信号を抑制するための逆相信号を伝送する逆相信号伝送回路15を備えている。逆相信号伝送回路15の一端は、位置Bにおいて導電線3に接続されている。逆相信号伝送回路15の他端は、第2のインダクタンス素子12の一端に接続されている。第2のインダクタンス素子12の他端は導電線4に接続されている。逆相信号伝送回路15は、本発明の逆相信号伝送手段に対応する。
【0024】
ノーマルモード信号抑制回路は、更に、導電線3において、第1の位置Aと第2の位置Bとの間に設けられ、そこを通過するノーマルモード信号の波高値を低減するインピーダンス素子16を備えている。
【0025】
図2は、図1に示したノーマルモード信号抑制回路の具体的な構成の一例を示す回路図である。この例では、逆相信号伝送回路15は、ノーマルモード信号または逆相信号のうち、周波数が所定値以上の信号を通過させるハイパスフィルタ15Aで構成されている。ハイパスフィルタ15Aは、キャパシタ15aを含んでいる。キャパシタ15aの一端は、位置Bにおいて導電線3に接続されている。キャパシタ15aの他端は、第2のインダクタンス素子12の一端に接続されている。
【0026】
また、図2に示した例では、インピーダンス素子16は第3のインダクタンス素子16Aによって構成されている。第3のインダクタンス素子16Aの一端は端子1aに接続され、他端は第1のインダクタンス素子11の一端に接続されている。
【0027】
次に、本実施の形態に係るノーマルモード信号抑制回路の作用について説明する。まず、ノーマルモード信号の発生源が、第1の位置Aと第2の位置Bの間の位置を除いて、第1の位置Aよりも第2の位置Bに近い位置にある場合におけるノーマルモード信号抑制回路の作用について説明する。この場合には、逆相信号伝送回路15は、第2の位置Bにおいて、導電線3上のノーマルモード信号を検出すると共に、検出したノーマルモード信号に対して逆相となる逆相信号を第2のインダクタンス素子12に供給する。第2のインダクタンス素子12は、第1の位置Aにおいて、第1のインダクタンス素子11を介して、逆相信号を導電線3に注入する。これにより、導電線3において、第1の位置Aからノーマルモード信号の進行方向の先でノーマルモード信号が抑制される。
【0028】
次に、ノーマルモード信号の発生源が、第1の位置Aと第2の位置Bの間の位置を除いて、第2の位置Bよりも第1の位置Aに近い位置にある場合におけるノーマルモード信号抑制回路の作用について説明する。この場合には、第2のインダクタンス素子12は、第1の位置Aにおいて、導電線3上のノーマルモード信号を検出する。逆相信号伝送回路15は、第2の位置Bにおいて、第2のインダクタンス素子12によって検出されたノーマルモード信号に対して逆相となる逆相信号を導電線3に注入する。これにより、導電線3において、第2の位置Bからノーマルモード信号の進行方向の先でノーマルモード信号が抑制される。
【0029】
また、本実施の形態では、インピーダンス素子16によって、そこを通過する信号の波高値が低減される。これにより、インピーダンス素子16を経由して伝搬するノーマルモード信号の波高値と、逆相信号伝送回路15を経由して導電線3に注入される逆相信号の波高値との差が低減される。
【0030】
次に、図3を参照して、本実施の形態に係るノーマルモード信号抑制回路によってノーマルモード信号が抑制される原理について説明する。ここでは、ノーマルモード信号の発生源が、第1の位置Aよりも第2の位置Bに近い位置にある場合について説明する。図3は、図2に示した構成から第3のインダクタンス素子16Aを除いた構成を示している。以下の説明では、ハイパスフィルタ15A(キャパシタ15a)のインピーダンスが0であると共に、第1のインダクタンス素子11と第2のインダクタンス素子12との巻線の巻数比が例えば1:1で、且つ第1のインダクタンス素子11と第2のインダクタンス素子12との結合係数が1であるものとする。
【0031】
ここで、図3に示した回路において、端子1a,1b間に電位差Vinを生じさせるノーマルモード信号が端子1a,1bに入力された場合について考える。ノーマルモード信号の周波数が、ハイパスフィルタ15Aの通過帯域内の周波数である場合には、ノーマルモード信号はハイパスフィルタ15Aを通過し、そのときに、キャパシタ15aの作用によって位相が180°ずれる。その結果、第2のインダクタンス素子12の両端間には電位差−Vinが発生する。この第2のインダクタンス素子12の両端間に発生した電位差−Vinに応じて、第1のインダクタンス素子11の両端間にも電位差−Vinが発生する。端子2a,2b間の電位差をVoとすると、これは以下の式で表される。
【0032】
Vo=Vin+(−Vin)=0
【0033】
このように、図3に示した回路によれば、ハイパスフィルタ15Aのインピーダンスが0であると共に第1のインダクタンス素子11と第2のインダクタンス素子12との結合係数が1であれば、ハイパスフィルタ15Aの通過帯域内においては周波数にかかわらずに、ノーマルモード信号を完全に除去することができる。
【0034】
しかしながら、実際には、ハイパスフィルタ15Aのインピーダンスは、0になることはなく、更に、周波数に応じて変化する。特に、キャパシタ15aによってハイパスフィルタ15Aを構成した場合には、キャパシタ15aと第2のインダクタンス素子12とによって直列共振回路が構成される。そのため、このキャパシタ15aと第2のインダクタンス素子12とを含む信号の経路のインピーダンスは、直列共振回路の共振周波数近傍の狭い周波数範囲でのみ小さくなる。その結果、図3に示した回路では、狭い周波数範囲でしかノーマルモード信号を低減することができない。
【0035】
また、第1のインダクタンス素子11と第2のインダクタンス素子12との結合係数は、実際には1よりも小さくなる。従って、第2のインダクタンス素子12に供給された電圧と同じ値の電圧が第1のインダクタンス素子11に発生するわけではない。
【0036】
これらのことから、図3に示した回路では、広い周波数範囲においてノーマルモード信号を効果的に抑制することが困難である。
【0037】
本実施の形態に係るノーマルモード信号抑制回路では、導電線3において、第1の位置Aと第2の位置Bとの間に、通過するノーマルモード信号の波高値を低減するインピーダンス素子16を設けている。これにより、ノーマルモード信号抑制回路では、インピーダンス素子16を経由して伝搬するノーマルモード信号の波高値と、逆相信号伝送回路15を経由して導電線3に注入される逆相信号の波高値との差が低減される。その結果、このノーマルモード信号抑制回路によれば、広い周波数範囲においてノーマルモード信号を効果的に抑制することが可能になる。
【0038】
以下、図4を参照して、本実施の形態に係るノーマルモード信号抑制回路の作用について詳しく説明する。図4は、図2に示したノーマルモード信号抑制回路に、ノーマルモード信号発生源21と負荷22とを接続した回路を示す回路図である。ノーマルモード信号発生源21は、端子1a,1b間に接続され、端子1a,1b間に電位差Vinを生じさせる。負荷22は、端子2a,2b間に接続され、インピーダンスZoを有している。
【0039】
図4に示した回路において、第2のインダクタンス素子12のインダクタンスをL11とし、第1のインダクタンス素子11のインダクタンスをL12とし、キャパシタ15aのキャパシタンスをC1とし、第3のインダクタンス素子16AのインダクタンスをL21とする。また、キャパシタ15aおよび第2のインダクタンス素子12を通過する電流をi1とし、この電流i1の経路のインピーダンスの総和をZ1とする。また、第3のインダクタンス素子16Aおよび第1のインダクタンス素子11を通過する電流をi2とし、この電流i2の経路のインピーダンスの総和をZ2とする。
【0040】
また、第1のインダクタンス素子11と第2のインダクタンス素子12との間の相互インダクタンスをMとし、両者の結合係数をKとする。結合係数Kは、以下の式(1)で表わされる。
【0041】
K=M/√(L11・L12)  …(1)
【0042】
上記のインピーダンスの総和Z1,Z2は、それぞれ、以下の式(2),(3)で表わされる。なお、jは√(−1)を表わし、ωはノーマルモード信号の角周波数を表わしている。
【0043】
Z1=j(ωL11−1/ωC1)  …(2)
Z2=Zo+jω(L12+L21) …(3)
【0044】
また、電位差Vinは、以下の式(4),(5)で表わされる。
【0045】
Vin=Z1・i1+jωM・i2  …(4)
Vin=Z2・i2+jωM・i1  …(5)
【0046】
以下、式(2)〜(5)に基づいて、電流i1を含まずに、電流i2を表わす式を求める。そのために、まず、式(4)から次の式(6)を導く。
【0047】
i1=(Vin−jωM・i2)/Z1 …(6)
【0048】
次に、式(6)を式(5)に代入すると、次の式(7)が得られる。
【0049】
i2=Vin(Z1−jωM)/(Z1・Z2+ω・M) …(7)
【0050】
図4に示したノーマルモード信号抑制回路によってノーマルモード信号を抑制することは、式(7)で表わされる電流i2を小さくすることであると言える。式(7)によれば、式(7)の右辺の分母が大きくなれば、電流i2は小さくなる。そこで、式(7)の右辺の分母(Z1・Z2+ω・M)について考察する。
【0051】
まず、Z1は、式(2)で表わされるため、第2のインダクタンス素子12のインダクタンスL11が大きいほど大きくなると共に、キャパシタ15aのキャパシタンスC1が大きいほど大きくなる。
【0052】
次に、Z2は、式(3)で表わされるため、第1のインダクタンス素子11のインダクタンスL12と第3のインダクタンス素子16AのインダクタンスL21との和が大きいほど大きくなる。従って、インダクタンスL12とインダクタンスL21の少なくとも一方を大きくすれば、電流i2を小さくすることができる。また、式(7)から、第1のインダクタンス素子11だけでもノーマルモード信号を抑制することができるが、第3のインダクタンス素子16Aを加えることでノーマルモード信号をより抑制することができることが分かる。
【0053】
また、式(7)の右辺の分母にはω・Mが含まれていることから、相互インダクタンスMを大きくすることにより、電流i2を小さくすることができる。式(1)から分かるように結合係数Kは相互インダクタンスMに比例するため、結合係数Kを大きくすれば、図4に示したノーマルモード信号抑制回路によるノーマルモード信号の抑制効果が大きくなる。相互インダクタンスMは、式(7)の右辺の分母中に2乗の形で含まれていることから、結合係数Kの値によってノーマルモード信号の抑制効果は大きく変化する。
【0054】
なお、ノーマルモード信号の発生源が、第2の位置Bよりも第1の位置Aに近い位置にある場合には、第2のインダクタンス素子12と逆相信号伝送回路15の役割が、図3および図4を用いた説明とは逆になる。しかし、この場合にも、上記の説明は、同様に当てはまる。
【0055】
次に、図5を参照して、図2に示したノーマルモード信号抑制回路における第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスとノーマルモード信号抑制効果との関係をシミュレーションによって調べた結果について説明する。図5は、比較例の回路および図2に示したノーマルモード信号抑制回路のそれぞれについてシミュレーションで求めたゲインの周波数特性を示している。
【0056】
比較例の回路は、一対の端子1a,1bと、他の一対の端子2a,2bと、一端が端子1aに接続され、他端が端子2aに接続されたインダクタンス素子とを備えたものである。図5において符号31で示した線は、上記インダクタンス素子のインダクタンスを33μHとした場合の比較例の回路の特性を表わしている。また、図5において符号32で示した線は、上記インダクタンス素子のインダクタンスを90μHとした場合の比較例の回路の特性を表わしている。
【0057】
図5において符号33〜38で示した各線は、それぞれ図2に示したノーマルモード信号抑制回路の特性を表わしている。シミュレーションでは、キャパシタ15aのキャパシタンスを0.01μFとし、第1のインダクタンス素子11のインダクタンスおよび第2のインダクタンス素子12のインダクタンスを共に30μHとし、第1のインダクタンス素子11と第2のインダクタンス素子12との結合係数を0.995とした。なお、0.995という値は、結合係数として実現可能な値である。
【0058】
シミュレーションでは、ノーマルモード信号の発生源が第1の位置Aに近い位置にある場合と、ノーマルモード信号の発生源が第2の位置Bに近い位置にある場合とで、ノーマルモード信号抑制回路の特性に差はなかった。
【0059】
符号33で示した線は、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスを0とした場合の特性を表わしている。なお、この場合の図2に示したノーマルモード信号抑制回路の構成は、図3に示した回路と同じである。符号34で示した線は、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスを0.3μHとした場合の特性を表わしている。符号35で示した線は、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスを3μHとした場合の特性を表わしている。符号36で示した線は、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスを30μHとした場合の特性を表わしている。符号37で示した線は、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスを60μHとした場合の特性を表わしている。符号38で示した線は、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスを600μHとした場合の特性を表わしている。
【0060】
以下、図5に示したシミューレションの結果について考察する。まず、符号32で示した線と符号35で示した線とを比較すると、以下のことが分かる。第1のインダクタンス素子11のインダクタンスが30μHで、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスが3μHで、これらの和が33μHとなるノーマルモード信号抑制回路は、インダクタンス素子のインダクタンスが90μHである比較例の回路よりも、1MHz以上の周波数の範囲において、ノーマルモード信号の抑制効果が大きい。また、このことから、本実施の形態によれば、比較例に比べてインダクタンス素子を小型化でき、その結果、回路自体も小型化することが可能になる。
【0061】
また、符号33〜38で示した各線を比較すると、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスが大きくなるほど、ノーマルモード信号の抑制効果が大きくなる。しかし、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスが大きくなるほど、第3のインダクタンス素子16Aの形状は大きくなる。そのため、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスが600μHを超えると、実用性が薄れる。第1のインダクタンス素子11のインダクタンスが30μHである場合には、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスは30μHあるいは60μHあれば、十分なノーマルモード信号の抑制効果を得ることができることが分かる。これらのことから、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスは30μHあるいは60μHあれば十分であると考えられる。また、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスは、第1のインダクタンス素子11のインダクタンスと同程度の値であることが好ましいと考えられる。
【0062】
また、符号31で示した線と符号34で示した線とを比較すると分かるように、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスが0.3μH程度であってもノーマルモード信号の抑制効果を得ることができる。
【0063】
図5から考察すると、第3のインダクタンス素子16Aのインダクタンスは、0.3μH以上、600μH以下であることが好ましく、3μH以上、60μH以下であることがより好ましく、3μH以上、30μH以下であることが更に好ましい。
【0064】
次に、図6を参照して、図2に示したノーマルモード信号抑制回路における第1のインダクタンス素子11と第2のインダクタンス素子12との結合係数とノーマルモード信号抑制効果との関係をシミュレーションによって調べた結果について説明する。図6は、前述の比較例の回路および図2に示したノーマルモード信号抑制回路のそれぞれについてシミュレーションで求めたゲインの周波数特性を示している。
【0065】
図6において符号41,42で示した各線は、図5において符号31,32で示した各線の場合と同じ条件における比較例の回路の特性を表わしている。
【0066】
図6において符号43〜46で示した各線は、それぞれ図2に示したノーマルモード信号抑制回路の特性を表わしている。シミュレーションでは、キャパシタ15aのキャパシタンスを0.01μFとし、第1のインダクタンス素子11のインダクタンス、第2のインダクタンス素子12および第3のインダクタンス素子16Aの各インダクタンスを全て30μHとした。符号43〜46で示した各線は、それぞれ第1のインダクタンス素子11と第2のインダクタンス素子12との結合係数を、0.7、0.9、0.995、1とした場合の特性を表わしている。
【0067】
以下、図6に示したシミュレーションの結果について考察する。まず、ノーマルモード信号抑制回路において、結合係数が0.7以上であれば、比較例の回路よりも大きなノーマルモード信号抑制効果を得ることができる。結合係数が大きくなるほど、ノーマルモード信号の抑制効果が大きくなる。図6から考察すると、結合係数は、0.7以上であることが好ましく、0.9以上であることがより好ましく、0.995以上であることが更に好ましい。
【0068】
以上説明したように、本実施の形態によれば、広い周波数範囲においてノーマルモード信号を効果的に抑制でき、且つ小型化が可能なノーマルモード信号抑制回路を実現することができる。
【0069】
また、本実施の形態によれば、従来のEMIフィルタに比べて部品点数が少なく安価でありながら、ノーマルモード信号の抑制効果が大きいノーマルモード信号抑制回路を実現することができる。
【0070】
また、本実施の形態において、キャパシタ15aを用いて逆相信号伝送回路15を構成した場合には、キャパシタ15aのみによって、ノーマルモード信号の検出と、この検出されたノーマルモード信号に対して逆相となる逆相信号の生成とを行うことができる。従って、この場合には、部品点数をより少なくすることができる。
【0071】
なお、本実施の形態に係るノーマルモード信号抑制回路は、電力変換回路が発生するリップル電圧やノイズを低減する手段や、電力線通信において電力線上のノイズを低減したり、屋内電力線上の通信信号が屋外電力線に漏洩することを阻止する手段として利用することができる。
【0072】
[第2の実施の形態]
図7は、本発明の第2の実施の形態に係るノーマルモード信号抑制回路の構成を示す回路図である。本実施の形態に係るノーマルモード信号抑制回路の基本的な構成は、第1の実施の形態と同様である。本実施の形態では、逆相信号伝送回路15としてのハイパスフィルタ15Aが、複合された複数のキャパシタ151,152,…を含む点が、第1の実施の形態と異なっている。なお、ハイパスフィルタ15Aに含まれるキャパシタの数は2以上であればよい。
【0073】
複数のキャパシタ151,152,…の各一端は第2の位置Bにおいて導電線3に接続され、各他端は第2のインダクタンス素子12の一端に接続されている。従って、複数のキャパシタ151,152,…は互いに並列に接続されている。また、複数のキャパシタ151,152,…のキャパシタンスは互いに異なっている。このような複数のキャパシタ151,152,…を含むハイパスフィルタ15Aによれば、ハイパスフィルタ15Aの周波数特性を、所望の特性になるように設計することが可能になる。例えば、本実施の形態におけるハイパスフィルタ15Aによれば、第1の実施の形態におけるハイパスフィルタ15Aに比べて通過帯域が広くなるように、ハイパスフィルタ15Aの周波数特性を設計することが可能になる。
【0074】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第1の実施の形態と同様である。
【0075】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、逆相信号伝送回路15は、ハイパスフィルタに限らず、バンドパスフィルタであってもよい。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、広い周波数範囲においてノーマルモード信号を効果的に抑制でき、且つ小型化が可能なノーマルモード信号抑制回路を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るノーマルモード信号抑制回路の基本的な構成を示す回路図である。
【図2】図1に示したノーマルモード信号抑制回路の具体的な構成の一例を示す回路図である。
【図3】図2に示した構成から第3のインダクタンス素子を除いた構成を示す回路図である。
【図4】図2に示したノーマルモード信号抑制回路にノーマルモード信号発生源と負荷とを接続した回路を示す回路図である。
【図5】比較例の回路および図2に示したノーマルモード信号抑制回路のそれぞれについてシミュレーションで求めたゲインの周波数特性を示す特性図である。
【図6】比較例の回路および図2に示したノーマルモード信号抑制回路のそれぞれについてシミュレーションで求めたゲインの周波数特性を示す特性図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態に係るノーマルモード信号抑制回路の構成を示す回路図である。
【図8】LCフィルタの構成の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
3,4…導電線、11…第1のインダクタンス素子、12…第2のインダクタンス素子、15…逆相信号伝送回路、15A…ハイパスフィルタ、15a…キャパシタ、16…インピーダンス素子、16A…第3のインダクタンス素子。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a normal mode signal suppression circuit for suppressing a normal mode signal transmitted by a conductive line.
[0002]
[Prior art]
Power electronics devices such as switching power supplies, inverters, and lighting circuits of lighting devices have power conversion circuits that convert power. The power conversion circuit has a switching circuit that converts a direct current into a rectangular wave alternating current. Therefore, the power conversion circuit generates a ripple voltage having a frequency equal to the switching frequency of the switching circuit and noise accompanying the switching operation of the switching circuit. The ripple voltage and noise adversely affect other devices. Therefore, it is necessary to provide a means for reducing ripple voltage and noise between the power conversion circuit and another device or line.
[0003]
As means for reducing ripple voltage and noise, a filter including an inductance element (inductor) and a capacitor, a so-called LC filter, is often used. LC filters include a T-type filter, a π-type filter, and the like, in addition to a filter having one inductance element and one capacitor. A general noise filter for electromagnetic interference (EMI) is also a kind of LC filter. A general EMI filter is configured by combining discrete elements such as a common mode choke coil, a normal mode choke coil, an X capacitor, and a Y capacitor.
[0004]
In recent years, power line communication has been regarded as promising as a communication technology used when constructing a communication network in a home, and its development is being promoted. In power line communication, communication is performed by superimposing a high frequency signal on a power line. In this power line communication, noise is generated on the power line due to the operation of various electric / electronic devices connected to the power line, which causes a decrease in communication quality such as an increase in an error rate. Therefore, means for reducing noise on the power line is required. In power line communication, it is necessary to prevent a communication signal on an indoor power line from leaking to an outdoor power line. An LC filter is also used as a means for reducing such noise on a power line or preventing a communication signal on an indoor power line from leaking to an outdoor power line.
[0005]
FIG. 8 shows an example of the configuration of the LC filter. This LC filter includes a pair of terminals 101a and 101b, another pair of terminals 102a and 102b, a coil 103 as an inductance element, and a capacitor 104. The terminal 102b is connected to the terminal 101b. One end of the coil 103 is connected to the terminal 101a, and the other end is connected to the terminal 102a. One end of the capacitor 104 is connected to the other end of the coil 103 and the terminal 102a. The other end of the capacitor 104 is connected to terminals 101b and 102b.
[0006]
The LC filter shown in FIG. 8 is inserted in the middle of two conductive wires that transport power. The terminals 101a and 102a are connected to one conductive line, and the terminals 101b and 102b are connected to the other conductive line.
[0007]
The noise that propagates through two conductive lines includes a normal mode noise that causes a potential difference between the two conductive lines and a common mode noise that propagates the two conductive lines in the same phase. The LC filter shown in FIG. 8 is for reducing normal mode noise.
[0008]
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-102723 describes a line filter using a transformer. This line filter includes a transformer and a filter circuit. The secondary winding of the transformer is inserted into one of the two conductive wires that carry the power supplied to the load from the AC power supply. Two inputs of the filter circuit are connected to both ends of the AC power supply, and two outputs of the filter circuit are connected to both ends of the primary winding of the transformer. In this line filter, a noise component is extracted from a power supply voltage by a filter circuit, and the noise component is supplied to a primary winding of the transformer. From which the noise component is subtracted. This line filter reduces normal mode noise.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
A conventional LC filter has a problem that a desired attenuation amount can be obtained only in a narrow frequency range because the LC filter has a unique resonance frequency determined by inductance and capacitance.
[0010]
In addition, a filter inserted into a conductive wire for power transport is required to obtain desired characteristics while a current for power transport is flowing and to take measures against temperature rise. Therefore, in such a filter, there is a problem that the inductance element becomes large in order to realize desired characteristics.
[0011]
On the other hand, in the line filter described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-102723, if the impedance of the filter circuit is 0 and the coupling coefficient of the transformer is 1, the noise component can be theoretically completely removed. Can be. However, in practice, the impedance of the filter circuit does not become zero, and further changes according to the frequency. In particular, when a filter circuit is formed by a capacitor, a series resonance circuit is formed by the capacitor and the primary winding of the transformer. Therefore, the impedance of the signal path including the capacitor and the primary winding of the transformer is reduced only in a narrow frequency range near the resonance frequency of the series resonance circuit. As a result, this line filter can remove noise components only in a narrow frequency range. Also, the coupling coefficient of the transformer is actually smaller than one. Therefore, the noise component supplied to the primary winding of the transformer is not completely subtracted from the power supply voltage. For these reasons, there is a problem that the noise component cannot be effectively removed in a wide frequency range with the actually configured line filter.
[0012]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a normal mode signal suppressing circuit which can effectively suppress a normal mode signal in a wide frequency range and can be downsized.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The normal mode signal suppression circuit of the present invention is a circuit that suppresses a normal mode signal transmitted by two conductive lines and causing a potential difference between the two conductive lines,
A first inductance element inserted into one of the conductive lines at a predetermined first position;
A second inductance element coupled to the first inductance element so that mutual inductance is generated between the first inductance element and the second inductance element;
Anti-phase signal transmission means connected to the second inductance element and connected to one of the conductive wires at a second position different from the first position, for transmitting an anti-phase signal for suppressing a normal mode signal When,
One of the conductive lines includes an impedance element provided between the first position and the second position, the impedance element reducing a peak value of a passing normal mode signal.
[0014]
In the normal mode signal suppressing circuit of the present invention, the source of the normal mode signal is located closer to the second position than the first position except for a position between the first position and the second position. In this case, the anti-phase signal transmission means detects the normal mode signal, and supplies an anti-phase signal having an anti-phase to the detected normal mode signal to the second inductance element. , A negative-phase signal is injected into one conductive line via the first inductance element. Thereby, in one conductive line, the normal mode signal is suppressed from the first position in the forward direction of the normal mode signal.
[0015]
In the normal mode signal suppressing circuit according to the present invention, the source of the normal mode signal is located at a position closer to the first position than the second position except for a position between the first position and the second position. The second inductance element detects a normal mode signal, and the anti-phase signal transmission means outputs one anti-phase signal having an anti-phase to the normal mode signal detected by the second inductance element. Is injected into the conductive wire. Thereby, in one conductive line, the normal mode signal is suppressed in the forward direction of the normal mode signal from the second position.
[0016]
In the normal mode signal suppressing circuit of the present invention, the peak value of the passing normal mode signal is reduced by the impedance element. Thereby, the difference between the peak value of the normal mode signal propagating through the impedance element and the peak value of the negative phase signal injected into one conductive line via the negative phase signal transmission means is reduced.
[0017]
In the normal mode signal suppressing circuit according to the present invention, the anti-phase signal transmitting means may include a high-pass filter for passing the normal mode signal. This high-pass filter may include a capacitor. Further, the high-pass filter may include a plurality of combined capacitors.
[0018]
In the normal mode signal suppressing circuit according to the present invention, the impedance element may include a third inductance element inserted into one of the conductive lines. The inductance of the third inductance element may be 0.3 μH or more.
[0019]
In the normal mode signal suppression circuit according to the present invention, a coupling coefficient between the first inductance element and the second inductance element may be 0.7 or more.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a normal mode signal suppression circuit according to the first embodiment of the present invention. The normal mode signal suppression circuit according to the present embodiment includes a pair of terminals 1a and 1b, another pair of terminals 2a and 2b, a conductive line 3 connecting the terminals 1a and 2a, and a connection between the terminals 1b and 2b. And a conductive line 4 to be connected. The normal mode signal suppression circuit is connected to a power line that transports AC power or DC power. The power line includes two power conductive lines. The normal mode signal suppression circuit is inserted between the two power conductive lines. Terminals 1a and 2a are connected to one power conductive line, and terminals 1b and 2b are connected to the other power conductive line. The source of the normal mode signal to be suppressed by the normal mode signal suppression circuit is connected to the terminals 1a and 1b or the terminals 2a and 2b. Therefore, the normal mode signal to be suppressed is input to the normal mode signal suppression circuit from the terminals 1a and 1b or the terminals 2a and 2b.
[0021]
Here, the normal mode signal is a signal transmitted by two power conductive lines and causing a potential difference between the two power conductive lines. Normal mode signals to be suppressed include noise and unnecessary communication signals.
[0022]
The normal mode signal suppressing circuit further causes mutual inductance to be generated between the first inductance element 11 inserted into the conductive line 3 and the first inductance element 11 at the predetermined first position A. And a second inductance element 12 coupled to the first inductance element 11 via a magnetic core 13. Each of the inductance elements 11 and 12 has a winding, and the turns ratio of these windings is, for example, 1: 1.
[0023]
The normal mode signal suppressing circuit is further connected to the second inductance element 12 and connected to the conductive line 3 at a position B different from the first position A, and configured to control the reverse phase signal for suppressing the normal mode signal. Is transmitted. One end of the negative-phase signal transmission circuit 15 is connected to the conductive line 3 at the position B. The other end of the anti-phase signal transmission circuit 15 is connected to one end of the second inductance element 12. The other end of the second inductance element 12 is connected to the conductive line 4. The reverse phase signal transmission circuit 15 corresponds to the reverse phase signal transmission means of the present invention.
[0024]
The normal mode signal suppression circuit further includes an impedance element 16 provided between the first position A and the second position B on the conductive line 3 to reduce the peak value of the normal mode signal passing therethrough. ing.
[0025]
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the normal mode signal suppression circuit shown in FIG. In this example, the negative-phase signal transmission circuit 15 includes a high-pass filter 15A that passes a signal having a frequency equal to or higher than a predetermined value among the normal mode signal and the negative-phase signal. The high-pass filter 15A includes a capacitor 15a. One end of the capacitor 15a is connected to the conductive line 3 at a position B. The other end of the capacitor 15a is connected to one end of the second inductance element 12.
[0026]
Further, in the example shown in FIG. 2, the impedance element 16 is constituted by a third inductance element 16A. One end of the third inductance element 16A is connected to the terminal 1a, and the other end is connected to one end of the first inductance element 11.
[0027]
Next, the operation of the normal mode signal suppression circuit according to the present embodiment will be described. First, the normal mode in which the source of the normal mode signal is located closer to the second position B than the first position A except for the position between the first position A and the second position B The operation of the signal suppression circuit will be described. In this case, the anti-phase signal transmission circuit 15 detects the normal mode signal on the conductive line 3 at the second position B, and outputs the anti-phase signal having the anti-phase to the detected normal mode signal to the second position B. To the second inductance element 12. The second inductance element 12 injects a negative-phase signal into the conductive line 3 via the first inductance element 11 at the first position A. Thus, the normal mode signal is suppressed in the conductive line 3 from the first position A in the forward direction of the normal mode signal.
[0028]
Next, a normal mode in which the source of the normal mode signal is located closer to the first position A than the second position B, except for the position between the first position A and the second position B, The operation of the mode signal suppression circuit will be described. In this case, the second inductance element 12 detects the normal mode signal on the conductive line 3 at the first position A. At the second position B, the negative-phase signal transmission circuit 15 injects the conductive line 3 with a negative-phase signal having a reverse phase to the normal mode signal detected by the second inductance element 12. Accordingly, the normal mode signal is suppressed in the conductive line 3 from the second position B in the forward direction of the normal mode signal.
[0029]
In the present embodiment, the peak value of the signal passing therethrough is reduced by the impedance element 16. Thereby, the difference between the peak value of the normal mode signal propagating through the impedance element 16 and the peak value of the negative phase signal injected into the conductive line 3 via the negative phase signal transmission circuit 15 is reduced. .
[0030]
Next, with reference to FIG. 3, a principle of suppressing a normal mode signal by the normal mode signal suppressing circuit according to the present embodiment will be described. Here, a case where the source of the normal mode signal is located closer to the second position B than to the first position A will be described. FIG. 3 shows a configuration excluding the third inductance element 16A from the configuration shown in FIG. In the following description, the impedance of the high-pass filter 15A (capacitor 15a) is 0, the winding ratio of the first inductance element 11 to the second inductance element 12 is, for example, 1: 1 and the first inductance element 11 and the second inductance element 12 are 1: 1. It is assumed that the coupling coefficient between the inductance element 11 and the second inductance element 12 is 1.
[0031]
Here, in the circuit shown in FIG. 3, a case where a normal mode signal causing a potential difference Vin between the terminals 1a and 1b is input to the terminals 1a and 1b will be considered. When the frequency of the normal mode signal is within the pass band of the high-pass filter 15A, the normal mode signal passes through the high-pass filter 15A, and at that time, the phase is shifted by 180 ° due to the action of the capacitor 15a. As a result, a potential difference -Vin occurs between both ends of the second inductance element 12. In accordance with the potential difference -Vin generated between both ends of the second inductance element 12, a potential difference -Vin is also generated between both ends of the first inductance element 11. Assuming that the potential difference between the terminals 2a and 2b is Vo, this is represented by the following equation.
[0032]
Vo = Vin + (− Vin) = 0
[0033]
Thus, according to the circuit shown in FIG. 3, if the impedance of the high-pass filter 15A is 0 and the coupling coefficient between the first inductance element 11 and the second inductance element 12 is 1, the high-pass filter 15A , The normal mode signal can be completely removed regardless of the frequency.
[0034]
However, actually, the impedance of the high-pass filter 15A does not become 0, and further changes according to the frequency. In particular, when the high-pass filter 15A is configured by the capacitor 15a, a series resonance circuit is configured by the capacitor 15a and the second inductance element 12. Therefore, the impedance of the signal path including the capacitor 15a and the second inductance element 12 decreases only in a narrow frequency range near the resonance frequency of the series resonance circuit. As a result, the circuit shown in FIG. 3 can reduce the normal mode signal only in a narrow frequency range.
[0035]
The coupling coefficient between the first inductance element 11 and the second inductance element 12 is actually smaller than 1. Therefore, a voltage having the same value as the voltage supplied to the second inductance element 12 is not generated in the first inductance element 11.
[0036]
For these reasons, it is difficult for the circuit shown in FIG. 3 to effectively suppress the normal mode signal in a wide frequency range.
[0037]
In the normal mode signal suppressing circuit according to the present embodiment, an impedance element 16 for reducing the peak value of the passing normal mode signal is provided between the first position A and the second position B in the conductive line 3. ing. Thereby, in the normal mode signal suppressing circuit, the peak value of the normal mode signal propagating through the impedance element 16 and the peak value of the negative phase signal injected into the conductive line 3 via the negative phase signal transmission circuit 15 Is reduced. As a result, according to the normal mode signal suppressing circuit, it is possible to effectively suppress the normal mode signal in a wide frequency range.
[0038]
Hereinafter, the operation of the normal mode signal suppression circuit according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a circuit in which a normal mode signal generation source 21 and a load 22 are connected to the normal mode signal suppression circuit shown in FIG. The normal mode signal generation source 21 is connected between the terminals 1a and 1b, and generates a potential difference Vin between the terminals 1a and 1b. The load 22 is connected between the terminals 2a and 2b and has an impedance Zo.
[0039]
In the circuit shown in FIG. 4, the inductance of the second inductance element 12 is L11, the inductance of the first inductance element 11 is L12, the capacitance of the capacitor 15a is C1, and the inductance of the third inductance element 16A is L21. And The current passing through the capacitor 15a and the second inductance element 12 is represented by i1, and the total impedance of the path of the current i1 is represented by Z1. The current passing through the third inductance element 16A and the first inductance element 11 is denoted by i2, and the total impedance of the path of the current i2 is denoted by Z2.
[0040]
The mutual inductance between the first inductance element 11 and the second inductance element 12 is M, and the coupling coefficient between them is K. The coupling coefficient K is represented by the following equation (1).
[0041]
K = M / √ (L11 · L12) (1)
[0042]
The sums Z1 and Z2 of the impedances are expressed by the following equations (2) and (3), respectively. Note that j represents √ (−1), and ω represents the angular frequency of the normal mode signal.
[0043]
Z1 = j (ωL11-1 / ωC1) (2)
Z2 = Zo + jω (L12 + L21) (3)
[0044]
The potential difference Vin is represented by the following equations (4) and (5).
[0045]
Vin = Z1 · i1 + jωM · i2 (4)
Vin = Z2 · i2 + jωM · i1 (5)
[0046]
Hereinafter, based on the expressions (2) to (5), an expression representing the current i2 without including the current i1 is obtained. For this purpose, first, the following equation (6) is derived from the equation (4).
[0047]
i1 = (Vin−jωM · i2) / Z1 (6)
[0048]
Next, when the equation (6) is substituted into the equation (5), the following equation (7) is obtained.
[0049]
i2 = Vin (Z1-jωM) / (Z1 · Z2 + ω 2 ・ M 2 …… (7)
[0050]
Suppressing the normal mode signal by the normal mode signal suppression circuit shown in FIG. 4 can be said to reduce the current i2 represented by Expression (7). According to equation (7), if the denominator on the right side of equation (7) increases, the current i2 decreases. Therefore, the denominator (Z1 · Z2 + ω) 2 ・ M 2 ) Is considered.
[0051]
First, since Z1 is represented by equation (2), Z1 increases as the inductance L11 of the second inductance element 12 increases, and Z1 increases as the capacitance C1 of the capacitor 15a increases.
[0052]
Next, since Z2 is represented by the equation (3), it becomes larger as the sum of the inductance L12 of the first inductance element 11 and the inductance L21 of the third inductance element 16A is larger. Therefore, if at least one of the inductance L12 and the inductance L21 is increased, the current i2 can be reduced. From the equation (7), it can be seen that the normal mode signal can be suppressed only by the first inductance element 11, but the normal mode signal can be further suppressed by adding the third inductance element 16A.
[0053]
Also, the denominator on the right side of equation (7) is ω 2 ・ M 2 Is included, the current i2 can be reduced by increasing the mutual inductance M. As can be seen from equation (1), the coupling coefficient K is proportional to the mutual inductance M. Therefore, when the coupling coefficient K is increased, the effect of suppressing the normal mode signal by the normal mode signal suppressing circuit shown in FIG. 4 increases. Since the mutual inductance M is included in the denominator on the right side of the equation (7) in the form of a square, the effect of suppressing the normal mode signal greatly changes depending on the value of the coupling coefficient K.
[0054]
When the source of the normal mode signal is located closer to the first position A than the second position B, the roles of the second inductance element 12 and the negative-phase signal transmission circuit 15 are as shown in FIG. And the description with reference to FIG. However, in this case as well, the above description applies equally.
[0055]
Next, with reference to FIG. 5, a description will be given of a result of a simulation of a relationship between the inductance of the third inductance element 16A and the normal mode signal suppressing effect in the normal mode signal suppressing circuit illustrated in FIG. FIG. 5 shows the frequency characteristics of the gain obtained by simulation for each of the circuit of the comparative example and the normal mode signal suppression circuit shown in FIG.
[0056]
The circuit of the comparative example includes a pair of terminals 1a and 1b, another pair of terminals 2a and 2b, and an inductance element having one end connected to the terminal 1a and the other end connected to the terminal 2a. . In FIG. 5, a line denoted by reference numeral 31 represents the characteristic of the circuit of the comparative example when the inductance of the inductance element is set to 33 μH. The line indicated by reference numeral 32 in FIG. 5 represents the characteristics of the circuit of the comparative example when the inductance of the inductance element is 90 μH.
[0057]
In FIG. 5, the lines denoted by reference numerals 33 to 38 represent the characteristics of the normal mode signal suppression circuit shown in FIG. In the simulation, the capacitance of the capacitor 15a was set to 0.01 μF, the inductance of the first inductance element 11 and the inductance of the second inductance element 12 were both set to 30 μH, and the inductance of the first inductance element 11 and the second inductance element 12 was changed. The coupling coefficient was 0.995. Note that the value of 0.995 is a value that can be realized as a coupling coefficient.
[0058]
In the simulation, the normal mode signal suppression circuit is different between a case where the source of the normal mode signal is located near the first position A and a case where the source of the normal mode signal is located near the second position B. There was no difference in properties.
[0059]
The line indicated by the reference numeral 33 represents the characteristic when the inductance of the third inductance element 16A is set to 0. In this case, the configuration of the normal mode signal suppression circuit shown in FIG. 2 is the same as that of the circuit shown in FIG. The line indicated by reference numeral 34 represents the characteristic when the inductance of the third inductance element 16A is 0.3 μH. The line indicated by the reference numeral 35 represents the characteristics when the inductance of the third inductance element 16A is 3 μH. The line indicated by reference numeral 36 indicates the characteristics when the inductance of the third inductance element 16A is 30 μH. The line indicated by the reference numeral 37 represents the characteristics when the inductance of the third inductance element 16A is set to 60 μH. The line indicated by reference numeral 38 indicates the characteristics when the inductance of the third inductance element 16A is set to 600 μH.
[0060]
Hereinafter, the result of the simulation shown in FIG. 5 will be considered. First, when the line indicated by reference numeral 32 and the line indicated by reference numeral 35 are compared, the following can be understood. The normal mode signal suppression circuit in which the inductance of the first inductance element 11 is 30 μH, the inductance of the third inductance element 16A is 3 μH, and the sum of these is 33 μH is a circuit of a comparative example in which the inductance of the inductance element is 90 μH. In the frequency range of 1 MHz or more, the effect of suppressing the normal mode signal is greater. From this, according to the present embodiment, the inductance element can be reduced in size as compared with the comparative example, and as a result, the circuit itself can be reduced in size.
[0061]
Comparing the lines indicated by reference numerals 33 to 38, the effect of suppressing the normal mode signal increases as the inductance of the third inductance element 16A increases. However, as the inductance of the third inductance element 16A increases, the shape of the third inductance element 16A increases. Therefore, if the inductance of the third inductance element 16A exceeds 600 μH, the practicality is reduced. When the inductance of the first inductance element 11 is 30 μH, if the inductance of the third inductance element 16A is 30 μH or 60 μH, a sufficient effect of suppressing a normal mode signal can be obtained. From these facts, it is considered that 30 μH or 60 μH is sufficient for the inductance of the third inductance element 16A. Further, it is considered that the inductance of the third inductance element 16A is preferably substantially equal to the inductance of the first inductance element 11.
[0062]
Further, as can be seen by comparing the line indicated by reference numeral 31 with the line indicated by reference numeral 34, even if the inductance of the third inductance element 16A is about 0.3 μH, the effect of suppressing the normal mode signal can be obtained. it can.
[0063]
Considering from FIG. 5, the inductance of the third inductance element 16A is preferably 0.3 μH or more and 600 μH or less, more preferably 3 μH or more and 60 μH or less, and more preferably 3 μH or more and 30 μH or less. More preferred.
[0064]
Next, referring to FIG. 6, the relationship between the coupling coefficient between the first inductance element 11 and the second inductance element 12 and the normal mode signal suppression effect in the normal mode signal suppression circuit shown in FIG. The result of the examination will be described. FIG. 6 shows the frequency characteristics of the gain obtained by simulation for each of the circuit of the comparative example and the normal mode signal suppression circuit shown in FIG.
[0065]
The lines indicated by reference numerals 41 and 42 in FIG. 6 represent the characteristics of the circuit of the comparative example under the same conditions as those of the lines indicated by reference numerals 31 and 32 in FIG.
[0066]
In FIG. 6, each line denoted by reference numerals 43 to 46 represents the characteristic of the normal mode signal suppression circuit shown in FIG. In the simulation, the capacitance of the capacitor 15a was 0.01 μF, and the inductances of the first inductance element 11, the second inductance element 12, and the third inductance element 16A were all 30 μH. Lines denoted by reference numerals 43 to 46 represent characteristics when the coupling coefficient between the first inductance element 11 and the second inductance element 12 is 0.7, 0.9, 0.995, and 1, respectively. ing.
[0067]
Hereinafter, the result of the simulation shown in FIG. 6 will be considered. First, in the normal mode signal suppression circuit, if the coupling coefficient is 0.7 or more, a larger normal mode signal suppression effect than the circuit of the comparative example can be obtained. As the coupling coefficient increases, the effect of suppressing the normal mode signal increases. Considering from FIG. 6, the coupling coefficient is preferably 0.7 or more, more preferably 0.9 or more, and even more preferably 0.995 or more.
[0068]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize a normal mode signal suppression circuit that can effectively suppress normal mode signals in a wide frequency range and that can be downsized.
[0069]
Further, according to the present embodiment, it is possible to realize a normal mode signal suppression circuit having a large effect of suppressing a normal mode signal while having a reduced number of components and being inexpensive as compared with a conventional EMI filter.
[0070]
Further, in the present embodiment, when the anti-phase signal transmission circuit 15 is configured using the capacitor 15a, the detection of the normal mode signal and the anti-phase And the generation of an inverted-phase signal. Therefore, in this case, the number of parts can be further reduced.
[0071]
Note that the normal mode signal suppression circuit according to the present embodiment includes means for reducing ripple voltage and noise generated by the power conversion circuit, noise on power lines in power line communication, and communication signals on indoor power lines. It can be used as a means for preventing leakage to the outdoor power line.
[0072]
[Second embodiment]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a normal mode signal suppression circuit according to the second embodiment of the present invention. The basic configuration of the normal mode signal suppression circuit according to this embodiment is the same as that of the first embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that a high-pass filter 15A as the anti-phase signal transmission circuit 15 includes a plurality of combined capacitors 151, 152,. Note that the number of capacitors included in the high-pass filter 15A may be two or more.
[0073]
Each end of each of the plurality of capacitors 151, 152,... Is connected to the conductive line 3 at the second position B, and the other end is connected to one end of the second inductance element 12. Are connected in parallel with each other. The capacitances of the capacitors 151, 152,... Are different from each other. According to the high-pass filter 15A including such a plurality of capacitors 151, 152,..., It is possible to design the frequency characteristics of the high-pass filter 15A to have desired characteristics. For example, according to the high-pass filter 15A of the present embodiment, it is possible to design the frequency characteristics of the high-pass filter 15A such that the pass band is wider than that of the high-pass filter 15A of the first embodiment.
[0074]
Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.
[0075]
Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible. For example, the anti-phase signal transmission circuit 15 is not limited to a high-pass filter, and may be a band-pass filter.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to effectively suppress a normal mode signal in a wide frequency range and achieve a normal mode signal suppression circuit that can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a normal mode signal suppression circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of a normal mode signal suppression circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration excluding a third inductance element from the configuration shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a circuit diagram showing a circuit in which a normal mode signal generation source and a load are connected to the normal mode signal suppression circuit shown in FIG. 2;
FIG. 5 is a characteristic diagram showing frequency characteristics of gains obtained by simulation for each of the circuit of the comparative example and the normal mode signal suppression circuit shown in FIG. 2;
6 is a characteristic diagram showing frequency characteristics of gains obtained by simulation for each of the circuit of the comparative example and the normal mode signal suppression circuit shown in FIG. 2;
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a normal mode signal suppression circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of an LC filter.
[Explanation of symbols]
3, 4: conductive wire, 11: first inductance element, 12: second inductance element, 15: negative-phase signal transmission circuit, 15A: high-pass filter, 15a: capacitor, 16: impedance element, 16A: third Inductance element.

Claims (7)

2本の導電線によって伝送され、2本の導電線の間で電位差を生じさせるノーマルモード信号を抑制するノーマルモード信号抑制回路であって、
所定の第1の位置において前記一方の導電線に挿入された第1のインダクタンス素子と、
前記第1のインダクタンス素子との間で相互インダクタンスが発生するように、前記第1のインダクタンス素子に結合された第2のインダクタンス素子と、
前記第2のインダクタンス素子に接続されると共に、前記第1の位置とは異なる第2の位置において前記一方の導電線に接続され、前記ノーマルモード信号を抑制するための逆相信号を伝送する逆相信号伝送手段と、
前記一方の導電線において、前記第1の位置と前記第2の位置の間に設けられ、通過するノーマルモード信号の波高値を低減するインピーダンス素子とを備え、
前記ノーマルモード信号の発生源が、第1の位置と第2の位置の間の位置を除いて、第1の位置よりも第2の位置に近い位置にある場合には、前記逆相信号伝送手段は、ノーマルモード信号を検出すると共に、検出したノーマルモード信号に対して逆相となる前記逆相信号を前記第2のインダクタンス素子に供給し、前記第2のインダクタンス素子は、前記第1のインダクタンス素子を介して、前記逆相信号を前記一方の導電線に注入し、
前記ノーマルモード信号の発生源が、第1の位置と第2の位置の間の位置を除いて、第2の位置よりも第1の位置に近い位置にある場合には、前記第2のインダクタンス素子はノーマルモード信号を検出し、前記逆相信号伝送手段は、前記第2のインダクタンス素子によって検出されたノーマルモード信号に対して逆相となる前記逆相信号を前記一方の導電線に注入することを特徴とするノーマルモード信号抑制回路。
A normal mode signal suppression circuit that suppresses a normal mode signal transmitted by two conductive lines and causing a potential difference between the two conductive lines,
A first inductance element inserted into the one conductive line at a predetermined first position;
A second inductance element coupled to the first inductance element so that mutual inductance occurs between the first inductance element and the first inductance element;
An opposite terminal connected to the second inductance element and connected to the one conductive line at a second position different from the first position to transmit an opposite-phase signal for suppressing the normal mode signal. Phase signal transmission means;
In the one conductive line, provided between the first position and the second position, an impedance element for reducing the peak value of the passing normal mode signal,
When the source of the normal mode signal is located at a position closer to the second position than the first position except for a position between the first position and the second position, the reverse phase signal transmission is performed. The means detects a normal mode signal, and supplies the anti-phase signal having a phase opposite to the detected normal mode signal to the second inductance element, wherein the second inductance element is configured to detect the normal mode signal. Injecting the opposite-phase signal into the one conductive line via an inductance element,
When the source of the normal mode signal is located closer to the first position than the second position except for a position between the first position and the second position, the second inductance The element detects a normal mode signal, and the opposite-phase signal transmission means injects the opposite-phase signal, which is in opposite phase to the normal mode signal detected by the second inductance element, into the one conductive line. A normal mode signal suppression circuit, characterized in that:
前記逆相信号伝送手段は、ノーマルモード信号を通過させるためのハイパスフィルタを有することを特徴とする請求項1記載のノーマルモード信号抑制回路。2. The normal mode signal suppression circuit according to claim 1, wherein said anti-phase signal transmission means includes a high-pass filter for passing a normal mode signal. 前記ハイパスフィルタは、キャパシタを含むことを特徴とする請求項2記載のノーマルモード信号抑制回路。3. The circuit according to claim 2, wherein the high-pass filter includes a capacitor. 前記ハイパスフィルタは、複合された複数のキャパシタを含むことを特徴とする請求項2記載のノーマルモード信号抑制回路。3. The circuit according to claim 2, wherein the high-pass filter includes a plurality of combined capacitors. 前記インピーダンス素子は、前記一方の導電線に挿入された第3のインダクタンス素子を有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のノーマルモード信号抑制回路。5. The normal mode signal suppression circuit according to claim 1, wherein said impedance element has a third inductance element inserted into said one conductive line. 前記第3のインダクタンス素子のインダクタンスは0.3μH以上であることを特徴とする請求項5記載のノーマルモード信号抑制回路。6. The normal mode signal suppression circuit according to claim 5, wherein the inductance of the third inductance element is 0.3 [mu] H or more. 前記第1のインダクタンス素子と第2のインダクタンス素子との結合係数は0.7以上であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のノーマルモード信号抑制回路。7. The normal mode signal suppression circuit according to claim 1, wherein a coupling coefficient between the first inductance element and the second inductance element is 0.7 or more.
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