JP4231857B2 - ノイズ抑制回路 - Google Patents
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Description
L3=(M1+M5)/2 ……(A−1)
ただし、
M1=k1(L1・L2)1/2
M5=k5(L1・L5)1/2
L1:第1のインダクタのインダクタンス
L2:第2のインダクタのインダクタンス
L5:第5のインダクタのインダクタンス
k1:第1および第2のインダクタの結合係数
k5:第1および第5のインダクタの結合係数
とする。
L3>(M1+M5)/2 ……(B−1)
かつ、
L3≦(L1+M1+M3+M5)(L2+M1+M4+M5)/2(L1+L2+2M1+M3+M4+2M5)+(M1+M5)/2
ただし、
M1=k1(L1・L2)1/2
M3=k3(L1・L4)1/2
M4=k4(L2・L5)1/2
M5=k5(L1・L5)1/2
L1:第1のインダクタのインダクタンス
L2:第2のインダクタのインダクタンス
L4:第4のインダクタのインダクタンス
L5:第5のインダクタのインダクタンス
k1:第1および第2のインダクタの結合係数
k3:第1および第4のインダクタの結合係数
k4:第2および第5のインダクタの結合係数
k5:第1および第5のインダクタの結合係数
とする。
L3<(M1+M5)/2 ……(C−1)
かつ、
L3≧0.9(M1+M5)/2
ただし、
M1=k1(L1・L2)1/2
M5=k5(L1・L5)1/2
L1:第1のインダクタのインダクタンス
L2:第2のインダクタのインダクタンス
L5:第5のインダクタのインダクタンス
k1:第1および第2のインダクタの結合係数
k5:第1および第5のインダクタの結合係数
とする。
ここで、理想状態とは、結合係数k1〜k6=1と仮定して、第1〜第5のインダクタのインダクタンスL1〜L5の値の最適化を図った状態のことをいう。例えば第1,第2のインダクタのインダクタンスL1,L2および第4,第5のインダクタのインダクタンスL4,L5を共に同じ値L0とし、さらに第3のインダクタのインダクタンスL3も同じ値L0とした状態のことをいう。
L1=L4
L2=L5
k1=k2
k5=k6
ただし、
L1:第1のインダクタのインダクタンス
L2:第2のインダクタのインダクタンス
L4:第4のインダクタのインダクタンス
L5:第5のインダクタのインダクタンス
とする。
ここで、理想状態とは、結合係数k1,2=1と仮定して、第1〜第5のインダクタのインダクタンスL1〜L5の値の最適化を図った状態のことをいう。例えば第1,第2のインダクタのインダクタンスL1,L2および第4,第5のインダクタのインダクタンスL4,L5を共に同じ値L0とし、さらに第3のインダクタのインダクタンスL3も同じ値L0とした状態のことをいう。
L3=M1/2 ……(A−2)
ただし、
M1=k1(L1・L2)1/2
L1:第1のインダクタのインダクタンス
L2:第2のインダクタのインダクタンス
とする。
L3>M1/2 ……(B−2)
の条件を満足し、かつ
L3≦(L1+M1)(L2+M1)/2(L1+L2+2M1)+M1/2
の条件を満たす。
ただし、
M1=k1(L1・L2)1/2
L1:第1のインダクタのインダクタンス
L2:第2のインダクタのインダクタンス
とする。
L3<M1/2 ……(C−2)
の条件を満足し、かつ
L3≧0.9・M1/2
の条件を満たす。
ただし、
M1=k1(L1・L2)1/2
L1:第1のインダクタのインダクタンス
L2:第2のインダクタのインダクタンス
とする。
L1=L4
L2=L5
k1=k2
ただし、
L1:第1のインダクタのインダクタンス
L2:第2のインダクタのインダクタンス
L4:第4のインダクタのインダクタンス
L5:第5のインダクタのインダクタンス
とする。
[第1の実施の形態]
第1および第2のインダクタ21,22のインダクタンスは同一の値であることが好ましい。同様に第4および第5のインダクタ24,25のインダクタンスは同一の値であることが好ましい。第1および第2のインダクタ21,22と第4および第5のインダクタ24,25は、協働してコモンモードノイズを抑制する。
図2に示したように、第1のインダクタ21のインダクタンスをL1、第2のインダクタ22のインダクタンスをL2、第3のインダクタ23のインダクタンスをL3、第4のインダクタ24のインダクタンスをL4、第5のインダクタ25のインダクタンスをL5とする。また、第1のキャパシタ31のキャパシタンスをC1、第2のキャパシタ32のキャパシタンスをC2とする。また、第1および第2のインダクタ21,22間の結合係数をk1、第4および第5のインダクタ24,25間の結合係数をk2、第1および第4のインダクタ21,24間の結合係数をk3、第2および第5のインダクタ22,25間の結合係数をk4、第1および第5のインダクタ21,25間の結合係数をk5、第2および第4のインダクタ22,24間の結合係数をk6と定義する。
L1=L4
L2=L5
k1=k2
k5=k6
まず、図3を参照して、このノイズ抑制回路によるノイズ抑制動作の原理を説明する。第1および第2のインダクタ21,22のインダクタンスL1,L2は互いに同一の値とし、第1のキャパシタ31のインピーダンスは無視できるほど小さい低インピーダンスであるものとする。同様に、第4および第5のインダクタ24,25のインダクタンスL4,L5は互いに同一の値とし、第2のキャパシタ32のインピーダンスは無視できるほど小さい低インピーダンスであるものとする。
このノイズ抑制回路において、理想状態とは、結合係数k1〜k6=1と仮定して、第1〜第5のインダクタ21〜25のインダクタンスL1〜L5の値の最適化を図った状態のことをいう。特に、第1および第2のインダクタ21,22のインダクタンスL1,L2および第4および第5のインダクタ24,25のインダクタンスL4,L5を共に同じ値L0とし、さらに第3のインダクタ23のインダクタンスL3も同じ値L0とした状態のことをいう。
k1=k2=0.95
k3=k4=0.9
k5=k6=0.8
また、第1および第2のインダクタ21,22のインダクタンスL1,L2、ならびに第4および第5のインダクタ24,25のインダクタンスL4,L5は共に、同じ値(L1,L2,L4,L5=L0=10μH)に設定した。
M1=k1(L1・L2)1/2=9.5μH
M2=k2(L4・L5)1/2=9.5μH
M3=k3(L1・L4)1/2=9.0μH
M4=k4(L2・L5)1/2=9.0μH
M5=k5(L1・L5)1/2=8.0μH
M6=k6(L2・L4)1/2=8.0μH
となる。
図5において、符号51で示した線はL3=17.88μHとした場合、符号52で示した線はL3=9μHとした場合、符号53で示した線はL3=8.75μHとした場合、符号54で示した線はL3=8.5μHとした場合、符号55で示した線はL3=7.88μHとした場合のシミュレーション結果を示している。
図5のシミュレーションでは、符号53で示した線が該当する(L3=8.75μH)。この場合、各結合係数が1未満であっても、減衰特性に関して理想状態とほぼ同じ特性が得られる。理想状態の減衰特性は図示していないが、符号53で示した線とほぼ重なる。ここでの理想状態とは、図4の等価回路において、k1〜k6=1.0,L3=L0=10μHとした場合のことをいう。
図5のシミュレーションでは、符号51,52で示した線が該当する(L3>8.75μH)。この場合、理想状態のときにはなかった共振点が現れる。そして、その共振周波数f0は、
f0=1/2π√C(2・L3−M1−M5)
と求められる。√は、C(2・L3−M1−M5)全体の平方根を取ることを示す。Cは、第1および第2のキャパシタ31,32のキャパシタンスC1,C2の値を示す。したがってこの場合、L3の値を変えることにより、共振周波数を任意の周波数に移動できる。この共振点を設けた場合、カットオフ周波数より高い周波数領域において部分的に、理想状態の場合よりも減衰特性が良くなる領域が生じる。すなわち、図5からも分かるようにカットオフ周波数より高い周波数でかつ理想状態の特性と一致するまでの周波数帯では、理想状態の特性よりも減衰特性が良くなる領域が生じる。
この場合において、インダクタンスL3の最大値としては、上式で求められる共振周波数f0が理想状態のカットオフ周波数以上であることが望ましいという条件より、
L3≦(L1+M1+M3+M5)(L2+M1+M4+M5)/2(L1+L2+2・M1+M3+M4+2・M5)+(M1+M5)/2
であることが望ましい。図5のシミュレーションでは、符号51で示した線が、この式から求められる最大値での特性を示している(L3=17.88μH)。
図5のシミュレーションでは、符号54,55で示した線が該当する(L3<8.75μH)。この場合、図5の減衰特性からも分かるように、理想状態のときと似た傾向の特性が得られ、特に、ある状態までは理想状態とほぼ同じ特性を示し、ある周波数以上から減衰特性が悪化する。このため、理想状態とほぼ同じ周波数範囲で使用するならば、L3をこの条件値にすることにメリットがある。
この場合において、インダクタンスL3の最小値としてはシミュレーションの結果を考慮すると、
L3≧0.9(M1+M5)/2
であることが望ましい。図5のシミュレーションでは、符号55で示した線が、この式から求められる最小値での特性を示している(L3=7.88μH)。
[第2の実施の形態]
図6は、本実施の形態に係るノイズ抑制回路の一構成例を示している。本実施の形態は、上記第1の実施の形態と同様、コモンモードノイズを抑制する回路に関するものである。なお、上記第1の実施の形態に係るノイズ抑制回路と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
第1および第2のインダクタ21,22のインダクタンスは同一の値であることが好ましい。同様に第4および第5のインダクタ24,25のインダクタンスは同一の値であることが好ましい。
図7に示したように、各インダクタのインダクタンスの値を上記第1の実施の形態と同様にL1〜L5とする。同様に各キャパシタのキャパシタンスをC1,C2とする。また、第1および第2のインダクタ21,22間の結合係数をk1、第4および第5のインダクタ24,25間の結合係数をk2と定義する。このノイズ抑制回路では、第1および第2のインダクタ21,22の組と第4および第5のインダクタ24,25の組とが各導電線間で磁気的に分離されているので、上記第1の実施の形態におけるk3〜k6は考えなくて良い。
L1=L4
L2=L5
k1=k2
このノイズ抑制回路によるノイズ抑制動作の原理は、図3を参照して説明した上記第1の実施の形態に係る回路と同様である。このノイズ抑制回路においても、理想状態では、コモンモードノイズを原理的にはゼロにすることができる。
k1=k2=0.9
また、第1および第2のインダクタ21,22のインダクタンスL1,L2、ならびに第4および第5のインダクタ24,25のインダクタンスL4,L5は共に、同じ値(L1,L2,L4,L5=L0=10μH)に設定した。
M1=k1(L1・L2)1/2=9.0μH
M2=k2(L4・L5)1/2=9.0μH
となる。
図9において、符号91で示した線はL3=9.25μHとした場合、符号92で示した線はL3=4.7μHとした場合、符号93で示した線はL3=4.5μHとした場合、符号94で示した線はL3=4.3μHとした場合、符号95で示した線はL3=4.05μHとした場合のシミュレーション結果を示している。
図9のシミュレーションでは、符号93で示した線が該当する(L3=4.5μH)。この場合、各結合係数が1未満であっても、減衰特性に関して理想状態とほぼ同じ特性が得られる。理想状態の減衰特性は図示していないが、符号93で示した線とほぼ重なる。ここでの理想状態とは、図8の等価回路において、k1,k2=1.0,L3=L0=10μHとした場合のことをいう。
図9のシミュレーションでは、符号91,92で示した線が該当する(L3>4.5μH)。この場合、理想状態のときにはなかった共振点が現れる。そして、その共振周波数f0は、
f0=1/2π√C(2・L3−M1)
と求められる。√は、C(2・L3−M1)全体の平方根を取ることを示す。Cは、第1および第2のキャパシタ31,32のキャパシタンスC1,C2の値を示す。したがってこの場合、L3の値を変えることにより、共振周波数を任意の周波数に移動できる。この共振点を設けた場合、カットオフ周波数より高い周波数領域において部分的に、理想状態の場合よりも減衰特性が良くなる領域が生じる。すなわち、図9からも分かるようにカットオフ周波数より高い周波数でかつ理想状態の特性と一致するまでの周波数帯では、理想状態の特性よりも減衰特性が良くなる領域が生じる。
この場合において、インダクタンスL3の最大値としては、上式で求められる共振周波数f0が理想状態のカットオフ周波数以上であることが望ましいという条件より、
L3≦(L1+M1)(L2+M1)/2(L1+L2+2・M1)+M1/2
であることが望ましい。図9のシミュレーションでは、符号91で示した線が、この式から求められる最大値での特性を示している(L3=9.25μH)。
図9のシミュレーションでは、符号94,95で示した線が該当する(L3<4.5μH)。この場合、図9の減衰特性からも分かるように、理想状態のときと似た傾向の特性が得られ、特に、ある状態までは理想状態とほぼ同じ特性を示し、ある周波数以上から減衰特性が悪化する。このため、理想状態とほぼ同じ周波数範囲で使用するならば、L3をこの条件値にすることにメリットがある。
この場合において、インダクタンスL3の最小値としてはシミュレーションの結果を考慮すると、
L3≧0.9・M1/2
であることが望ましい。図9のシミュレーションでは、符号95で示した線が、この式から求められる最小値での特性を示している(L3=4.05μH)。
Claims (6)
- 第1および第2の導電線上を伝搬するノイズを抑制するノイズ抑制回路であって、
前記第1の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第1および第2のインダクタと、
一端が前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとの間に接続された第1のキャパシタと、
一端が前記第1のキャパシタの他端に接続されると共に他端が接地され、前記第1のキャパシタと共に第1の直列回路を構成する第3のインダクタと、
前記第2の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第4および第5のインダクタと、
一端が前記第4のインダクタと前記第5のインダクタとの間に接続されると共に他端が前記第3のインダクタの一端に接続され、前記第3のインダクタと共に第2の直列回路を構成する第2のキャパシタと
を備え、
前記第1および第2のインダクタの組と前記第4および第5のインダクタの組とが互いに磁気的に結合されており、
前記第3のインダクタのインダクタンスL3が、
L3=(M1+M5)/2 ……(A−1)
の条件を満足する
ことを特徴とするノイズ抑制回路。
ただし、
M1=k1(L1・L2)1/2
M5=k5(L1・L5)1/2
L1:前記第1のインダクタのインダクタンス
L2:前記第2のインダクタのインダクタンス
L5:前記第5のインダクタのインダクタンス
k1:前記第1および第2のインダクタの結合係数
k5:前記第1および第5のインダクタの結合係数
とする。 - 第1および第2の導電線上を伝搬するノイズを抑制するノイズ抑制回路であって、
前記第1の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第1および第2のインダクタと、
一端が前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとの間に接続された第1のキャパシタと、
一端が前記第1のキャパシタの他端に接続されると共に他端が接地され、前記第1のキャパシタと共に第1の直列回路を構成する第3のインダクタと、
前記第2の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第4および第5のインダクタと、
一端が前記第4のインダクタと前記第5のインダクタとの間に接続されると共に他端が前記第3のインダクタの一端に接続され、前記第3のインダクタと共に第2の直列回路を構成する第2のキャパシタと
を備え、
前記第1および第2のインダクタの組と前記第4および第5のインダクタの組とが互いに磁気的に結合されており、
前記第3のインダクタのインダクタンスL3が、
L3>(M1+M5)/2 ……(B−1)
の条件を満足し、かつ
L3≦(L1+M1+M3+M5)(L2+M1+M4+M5)/2(L1+L2+2・M1+M3+M4+2・M5)+(M1+M5)/2
の条件を満たす
ことを特徴とするノイズ抑制回路。
ただし、
M1=k1(L1・L2)1/2
M3=k3(L1・L4)1/2
M4=k4(L2・L5)1/2
M5=k5(L1・L5)1/2
L1:前記第1のインダクタのインダクタンス
L2:前記第2のインダクタのインダクタンス
L4:前記第4のインダクタのインダクタンス
L5:前記第5のインダクタのインダクタンス
k1:前記第1および第2のインダクタの結合係数
k3:前記第1および第4のインダクタの結合係数
k4:前記第2および第5のインダクタの結合係数
k5:前記第1および第5のインダクタの結合係数
とする。 - 第1および第2の導電線上を伝搬するノイズを抑制するノイズ抑制回路であって、
前記第1の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第1および第2のインダクタと、
一端が前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとの間に接続された第1のキャパシタと、
一端が前記第1のキャパシタの他端に接続されると共に他端が接地され、前記第1のキャパシタと共に第1の直列回路を構成する第3のインダクタと、
前記第2の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第4および第5のインダクタと、
一端が前記第4のインダクタと前記第5のインダクタとの間に接続されると共に他端が前記第3のインダクタの一端に接続され、前記第3のインダクタと共に第2の直列回路を構成する第2のキャパシタと
を備え、
前記第1および第2のインダクタの組と前記第4および第5のインダクタの組とが互いに磁気的に結合されており、
前記第3のインダクタのインダクタンスL3が、
L3<(M1+M5)/2 ……(C−1)
の条件を満足し、かつ
L3≧0.9(M1+M5)/2
の条件を満たす
ことを特徴とするノイズ抑制回路。
ただし、
M1=k1(L1・L2)1/2
M5=k5(L1・L5)1/2
L1:前記第1のインダクタのインダクタンス
L2:前記第2のインダクタのインダクタンス
L5:前記第5のインダクタのインダクタンス
k1:前記第1および第2のインダクタの結合係数
k5:前記第1および第5のインダクタの結合係数
とする。 - 第1および第2の導電線上を伝搬するノイズを抑制するノイズ抑制回路であって、
前記第1の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第1および第2のインダクタと、
一端が前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとの間に接続された第1のキャパシタと、
一端が前記第1のキャパシタの他端に接続されると共に他端が接地され、前記第1のキャパシタと共に第1の直列回路を構成する第3のインダクタと、
前記第2の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第4および第5のインダクタと、
一端が前記第4のインダクタと前記第5のインダクタとの間に接続されると共に他端が前記第3のインダクタの一端に接続され、前記第3のインダクタと共に第2の直列回路を構成する第2のキャパシタと
を備え、
前記第1および第2のインダクタの組と前記第4および第5のインダクタの組とが互いに磁気的に分離されており、
前記第3のインダクタのインダクタンスL3が、
L3=M1/2 ……(A−2)
の条件を満足する
ことを特徴とするノイズ抑制回路。
ただし、
M1=k1(L1・L2) 1/2
L1:前記第1のインダクタのインダクタンス
L2:前記第2のインダクタのインダクタンス
k1:前記第1および第2のインダクタの結合係数
とする。 - 第1および第2の導電線上を伝搬するノイズを抑制するノイズ抑制回路であって、
前記第1の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第1および第2のインダクタと、
一端が前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとの間に接続された第1のキャパシタと、
一端が前記第1のキャパシタの他端に接続されると共に他端が接地され、前記第1のキャパシタと共に第1の直列回路を構成する第3のインダクタと、
前記第2の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第4および第5のインダクタと、
一端が前記第4のインダクタと前記第5のインダクタとの間に接続されると共に他端が前記第3のインダクタの一端に接続され、前記第3のインダクタと共に第2の直列回路を構成する第2のキャパシタと
を備え、
前記第1および第2のインダクタの組と前記第4および第5のインダクタの組とが互いに磁気的に分離されており、
前記第3のインダクタのインダクタンスL3が、
L3>M1/2 ……(B−2)
の条件を満足し、かつ
L3≦(L1+M1)(L2+M1)/2(L1+L2+2・M1)+M1/2
の条件を満たす
ことを特徴とするノイズ抑制回路。
ただし、
M1=k1(L1・L2)1/2
L1:前記第1のインダクタのインダクタンス
L2:前記第2のインダクタのインダクタンス
k1:前記第1および第2のインダクタの結合係数
とする。 - 第1および第2の導電線上を伝搬するノイズを抑制するノイズ抑制回路であって、
前記第1の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第1および第2のインダクタと、
一端が前記第1のインダクタと前記第2のインダクタとの間に接続された第1のキャパシタと、
一端が前記第1のキャパシタの他端に接続されると共に他端が接地され、前記第1のキャパシタと共に第1の直列回路を構成する第3のインダクタと、
前記第2の導電線に互いに直列的に挿入され、かつ互いに磁気的に結合された第4および第5のインダクタと、
一端が前記第4のインダクタと前記第5のインダクタとの間に接続されると共に他端が前記第3のインダクタの一端に接続され、前記第3のインダクタと共に第2の直列回路を構成する第2のキャパシタと
を備え、
前記第1および第2のインダクタの組と前記第4および第5のインダクタの組とが互いに磁気的に分離されており、
前記第3のインダクタのインダクタンスL3が、
L3<M1/2 ……(C−2)
の条件を満足し、かつ
L3≧0.9・M1/2
の条件を満たす
ことを特徴とするノイズ抑制回路。
ただし、
M1=k1(L1・L2)1/2
L1:前記第1のインダクタのインダクタンス
L2:前記第2のインダクタのインダクタンス
k1:前記第1および第2のインダクタの結合係数
とする。
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