(57)【要約】【課題】ノーマルモードチョークコイルの自己共振周波数による特性変化と、他の主回路やフィルタ構成部品との共振により発生する雑音端子電圧の大幅な悪化を防止すること。【解決手段】電源装置から流出するスイッチングリプルを低減するノーマルモードチョークコイルＬｎを少なくとも１つ以上有する半導体電力変換装置のノイズフィルタ回路において、そのノーマルモードチョークコイルＬｎに、並列にコンデンサＣｐａｒａを接続してノイズフィルタ回路を構成する。【選択図】      図１
2008148523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置から流出するスイッチングリプルを低減するノーマルモードチョークコイルを少なくとも１つ以上有する半導体電力変換装置のノイズフィルタ回路において、
前記ノーマルモードチョークコイルに、並列にコンデンサを接続したことを特徴とするノイズフィルタ回路。
【請求項２】
前記ノーマルモードチョークコイルに、並列にコンデンサを接続した回路の並列共振周波数を、雑音端子電圧の規格の下限周波数以下とすることを特徴とする請求項１に記載のノイズフィルタ回路。
【請求項３】
電源装置から流出するスイッチングリプルを低減するノーマルモードチョークコイルを少なくとも１つ以上有する半導体電力変換装置のノイズフィルタ回路において、
直列接続されたコンデンサ及び抵抗器を、前記ノーマルモードチョークコイルに並列に接続したことを特徴とするノイズフィルタ回路。
【請求項４】
前記抵抗器の抵抗値を、前記ノーマルモードチョークコイルに並列にコンデンサが接続された回路部分の並列共振周波数におけるコンデンサのインピーダンスよりも充分に小さく、前記並列共振周波数よりも充分に高い所定の高周波数におけるコンデンサのインピーダンスよりも大きな値としたことを特徴とする請求項３に記載のノイズフィルタ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源や電源装置内部の電力線やアース線に接続され、電源装置から流出する高周波の動脈成分やノイズを抑制するノイズフィルタ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体電力変換装置に使用されるフィルタリアクトルには大きく分けてコモンモードノイズ（漏れ電流）対策用途のコモンモードチョークコイルと、スイッチングリプル低減用途のノーマルモードチョークコイルの２種類がある。
図６に、一般的なコモンモードチョークコイルＬｃ１とノーマルモードチョークコイルＬｎ１を用いたノイズフィルタ回路の構成例を示す。この図６に示すノイズフィルタ回路の内、コモンモードノイズフィルタ回路は、特許文献１において図７に示す通り記載されており、ノーマルモードフィルタ構成は、特許文献２において図８に示す通り記載されている一般的な構成である。
【０００３】
図６に示すコモンモードチョークコイルＬｃ１は、複数の巻き線が結合して構成され、電力供給線Ｒ，Ｓ（Ｒ相，Ｓ相とも称す）と、アース線Ｅとの間を流れるコモンモードノイズを低減する。そして、接地コンデンサＣＹ１，ＣＹ２と組合されて使用される場合が多い。
これに対してノーマルモードチョークコイルＬｎ１は、電力供給線のＲ相又はＳ相の一方又は両方に挿入され、当該電力供給線を伝わるノーマルモードノイズ（主にスイッチングリプル）を低減する。そして、線間コンデンサＣＸ１，ＣＸ２と組み合わせて使用される場合が多い。また、ノーマルモードチョークコイルＬｎ１は、図６に示すように、交流電力伝送線だけでなく、特許文献３において図９に示す通り、整流回路Ｄ１後の直流部に追加されたり、高圧側、低圧側ラインに分割して配置されたりする場合もある。
【０００４】
そして、使用意図の異なるコモンモードチョークコイルとノーマルモードチョークコイルは、対策するノイズ伝播経路が異なるだけでなく、効果のある周波数帯も大きく異なる。
コモンモードチョークコイルが雑音端子電圧の規格である１５０ｋＨｚ以上の周波数帯のノイズ対策に用いられるのに対して、ノーマルモードチョークコイルはスイッチングリプルである数ｋＨｚ〜１００ｋＨｚのノイズ対策に用いられるのが一般的である。この２種のチョークコイルは電力変換装置のノイズフィルタ回路として図６に示すように混在して使用されるケースが多い。
【特許文献１】特開昭６１−１０２１２２公報
【特許文献２】特開２０００−１０２２６３公報
【特許文献３】特開平４−２５１５５７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のノイズフィルタ回路においては、理想的なリアクトルを実現するのは不可能であり、自己共振周波数がリアクトルによって大きく異なる。つまり、ノーマルモードチョークコイルの場合、目的である数ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ以下のリプル低減の特性を重視することから、雑音端子電圧の規格である１５０ｋＨｚ以上の特性については考慮されないことが多い。
【０００６】
図１０にノーマルモードチョークコイルの自己共振周波数以上のインピーダンス特性の例を示す。この図１０に示すインピーダンス特性曲線ｉｍｐ１で表すように、ノーマルモードチョークコイルの１次自己共振周波数ｆ１が２５０ｋＨｚ弱に存在し、それ以上の周波数では共振と反共振を繰り返す特性となる。このようなインピーダンス特性となるのは、実際のリアクトルが、図１１に破線で表すように巻線間浮遊容量Ｃｓｔｒａｙ（以降、巻線間容量と記載）等に起因することによる。
【０００７】
一般にノーマルモードチョークコイルは、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚに１次の自己共振周波数が存在する。このように雑音端子電圧の規格範囲内において大きく特性が変化するノーマルモードチョークコイルと、他の主回路やフィルタ構成部品とが共振し、雑音端子電圧を大幅に悪化させる原因となる問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ノーマルモードチョークコイルの自己共振周波数による特性変化と、他の主回路やフィルタ構成部品との共振により発生する雑音端子電圧の大幅な悪化を防止することができるノイズフィルタ回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によるノイズフィルタ回路は、電源装置から流出するスイッチングリプルを低減するノーマルモードチョークコイルを少なくとも１つ以上有する半導体電力変換装置のノイズフィルタ回路において、前記ノーマルモードチョークコイルに、並列にコンデンサを接続したことを特徴とする。
この構成によれば、ノーマルモードチョークコイルと並列に接続したは、リアクトル自体に存在する巻き線間容量と並列に接続された構成となる。従って、リアクトルの自己共振周波数に比べて、本ノイズフィルタ回路の並列共振周波数が低い値となる。この並列共振周波数は、巻き線間容量を調整することで任意に決定することが可能となる。これによって、本ノイズフィルタ回路の周波数に対するインピーダンス特性を、並列共振周波数よりも低い周波数ではノーマルモードチョークコイルの特性が支配的となり、並列共振周波数以上では並列に接続したコンデンサの特性が支配的となるようにすることが可能となる。ここで、そのコンデンサに周波数に対するインピーダンス特性の優れた素子を適用すると、従来技術のノイズフィルタ回路で高周波領域に存在していた繰り返し現れる共振、反共振の特性が、本ノイズフィルタ回路では抑制されることが実験から確認できる。これによって、高周波領域に亘ってインピーダンス特性を把握することができるので、雑音端子電圧に悪影響を与える不要な共振を回避して設計することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の請求項２によるノイズフィルタ回路は、請求項１において、前記ノーマルモードチョークコイルに並列にコンデンサを接続した回路の並列共振周波数を、雑音端子電圧の規格の下限周波数以下とすることを特徴とする。
この構成によれば、並列共振周波数を雑音端子電圧の規格の下限周波数である例えば１５０ｋＨｚ以下とすれば、雑音端子電圧が規定される１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚにおいて、コンデンサが接続されていることと等価であるから設計が容易となる。これに対して、並列共振周波数以上の周波数帯域では、スイッチングリプルの低減効果が劇的に劣化することに起因してスイッチング周波数が高い（１００ｋＨｚ）場合に、並列共振周波数を１５０ｋＨｚ以下にしてしまうと本来の目的を達成できない可能性がある。この場合は、１５０ｋＨｚ以上に並列共振周波数を設定することになるが、この場合でも、設計者が高周波に亘ってインピーダンス特性を把握できることから、ノイズフィルタ回路の設計を容易とすることができる。
【００１０】
また、本発明の請求項３によるノイズフィルタ回路は、電源装置から流出するスイッチングリプルを低減するノーマルモードチョークコイルを少なくとも１つ以上有する半導体電力変換装置のノイズフィルタ回路において、直列接続されたコンデンサ及び抵抗器を、前記ノーマルモードチョークコイルに並列に接続したことを特徴とする。
また、本発明の請求項４によるノイズフィルタ回路は、請求項３において、前記抵抗器の抵抗値を、前記ノーマルモードチョークコイルに並列にコンデンサが接続された回路部分の並列共振周波数におけるコンデンサのインピーダンスよりも充分に小さく、前記並列共振周波数よりも充分に高い所定の高周波数におけるコンデンサのインピーダンスよりも大きな値としたことを特徴とする。
【００１１】
これら請求項３及び４の構成によれば、例えば、並列共振周波数よりも充分に高い所定の高周波数が、１０ＭＨｚ付近であるとした場合のインピーダンス特性が、４ＭＨｚまでは、請求項１又は２のノイズフィルタ回路と同様なインピーダンス特性と一致して下降するが、４ＭＨｚ以降はコンデンサと直列に接続した抵抗器のインピーダンスが支配的となって横ばいに一定となる。このようなインピーダンス特性となるので、高周波領域で並列に接続したコンデンサと、他の主回路、フィルタ構成部品との共振が発生した場合でも、大きな振動が発生するのを、抵抗器の抵抗成分によって防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、ノーマルモードチョークコイルの自己共振周波数による特性変化と、他の主回路やフィルタ構成部品との共振により発生する雑音端子電圧の大幅な悪化を防止することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（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イズフィルタ回路の構成を示す図である。
図１に示すノイズフィルタ回路は、ノーマルモードチョークコイルＬｎと、このノーマルモードチョークコイルＬｎに並列に接続されたコンデンサＣｐａｒａとを備えて構成されている。このノイズフィルタ回路は、例えば図６に示したノイズフィルタ回路のノーマルモードチョークコイルＬｎ１に代えて接続される。
【００１４】
この構成とすることによる作用を、リアクトルの巻き線間容量Ｃｓｔｒａｙを考慮した図２に示す等価回路を基に説明する。図２に示すように、ノーマルモードチョークコイルＬｎと並列に接続したコンデンサＣｐａｒａは、リアクトル自体に存在する巻き線間容量Ｃｓｔｒａｙと並列に接続された構成となる。従って、リアクトルの自己共振周波数に比べて、図２の回路の並列共振周波数ｆ２は低い値となる。そして、巻き線間容量Ｃｓｔｒａｙの容量を調整することで並列共振周波数ｆ２を任意に決定することが可能となる。
【００１５】
図３に、図２の回路構成としたときの周波数に対するインピーダンス特性の例（インピーダンス特性曲線ｉｍｐ２）を示す。なお、図３には、比較のため図１０に示した従来回路のインピーダンス特性曲線ｉｍｐ１も示した。
図３のインピーダンス特性曲線ｉｍｐ２から分かるように、同図に破線で示す並列共振周波数ｆ２よりも低い周波数では、ノーマルモードチョークコイルＬｎの特性が支配的となり、並列共振周波数ｆ２以上では並列に接続したコンデンサＣｐａｒａの特性が支配的となる。
【００１６】
ここで、ノーマルモードチョークコイルＬｎに並列接続されるコンデンサＣｐａｒａは、その容量が数１０ｐＦ〜数１００ｐＦの範囲となり、コンデンサＣｐａｒａの周波数に対するインピーダンス特性の優れた素子を適用する。
また、インピーダンス特性曲線ｉｍｐ１とｉｍｐ２とを比較すると、従来のｉｍｐ１では高周波領域に存在していた繰り返し現れる共振、反共振の特性が、本実施の形態のｉｍｐ２では抑制されていることが確認できる。これによって、高周波領域に亘ってインピーダンス特性を把握することができるので、雑音端子電圧に悪影響を与える不要な共振を回避することが可能となる。
【００１７】
そして、並列共振周波数ｆ２を雑音端子電圧の下限周波数である１５０ｋＨｚ以下とすれば、雑音端子電圧が規定される１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚにおいて、コンデンサが接続されていることと等価であるからノイズフィルタ回路の設計が容易となる。
これに対して、並列共振周波数ｆ２以上の周波数帯域では、スイッチングリプルの低減効果が劇的に劣化することに起因してスイッチング周波数が高い（１００ｋＨｚ）場合に、並列共振周波数ｆ２を１５０ｋＨｚ以下にしてしまうと本来の目的を達成できない可能性がある。この場合は、１５０ｋＨｚ以上に並列共振周波数ｆ２を設定することになるが、この場合でも、設計者が高周波に亘ってインピーダンス特性を把握できることから、ノイズフィルタ回路の設計を容易とすることができる。
従って、第１の実施の形態のノイズフィルタ回路によれば、ノーマルモードチョークコイルＬｎの自己共振周波数による特性変化と、他の主回路、フィルタ構成部品との共振により発生する雑音端子電圧の悪化を防ぐことができる。
【００１８】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るノイズフィルタ回路の構成を示す図である。
図４に示すノイズフィルタ回路は、互いに直列接続されたコンデンサＣｐａｒａ及び抵抗器Ｒｐａｒａが、ノーマルモードチョークコイルＬｎに並列接続されて構成され、第１の実施の形態のノイズフィルタ回路の欠点を回避するように構成されている。
第１の実施の形態のノイズフィルタ回路では、ノーマルモードチョークコイルＬｎにコンデンサＣｐａｒａのみを並列に接続しているので、高周波のインピーダンスが非常に小さくなる。また、コンデンサＣｐａｒａは、高周波特性の良いコンデンサを適用することから、一般に等価直列抵抗値が非常に小さい。
【００１９】
これら要因によって、１ＭＨｚ以上の高周波領域において、コンデンサＣｐａｒａと他の主回路、フィルタ構成部品との共振が発生すると、高いＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）での共振となることから雑音端子電圧に悪影響を与える可能性がある。これを回避するために図４に示すノイズフィルタ回路構成とした。
図４に示すようにノーマルモードチョークコイルＬｎに、コンデンサＣｐａｒａと抵抗器Ｒｐａｒａとの直列回路を並列に接続した構成とするが、ここで、抵抗器Ｒｐａｒａの抵抗値の選定は、並列共振周波数ｆ２におけるコンデンサＣｐａｒａのインピーダンスよりも充分に小さく、対策する周波数におけるコンデンサＣｐａｒａのインピーダンスよりも大きな値となるように行う。
【００２０】
図５に、この様に選定したときのインピーダンス特性の例（インピーダンス特性曲線ｉｍｐ３）を示し、比較のため図１０に示した従来回路のインピーダンス特性曲線ｉｍｐ１も示した。
本例のインピーダンス特性曲線ｉｍｐ３は、１０ＭＨｚ付近を対策することを想定したインピーダンス特性であり、４ＭＨｚまでは図３に示したインピーダンス特性曲線ｉｍｐ２と一致して下降しているのに対し、４ＭＨｚ以降はコンデンサＣｐａｒａと直列に接続した抵抗器Ｒｐａｒａのインピーダンスが支配的となって一定となる。
【００２１】
このようなインピーダンス特性とすることで、高周波領域で並列に接続したコンデンサＣｐａｒａと、他の主回路、フィルタ構成部品との共振が発生した場合でも、大きな振動が発生するのを、抵抗器Ｒｐａｒａの抵抗成分によって防止することができる。
従って、第２の実施の形態のノイズフィルタ回路によれば、ノーマルモードチョークコイルＬｎの自己共振周波数による特性変化と他の主回路、フィルタ構成部品との共振により発生する雑音端子電圧の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るノイズフィルタ回路の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態のノイズフィルタ回路においてリアクトルの巻き線間容量を考慮した等価回路図である。
【図３】第１の実施の形態のノイズフィルタ回路の周波数に対するインピーダンス特性の例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るノイズフィルタ回路の構成を示す図である。
【図５】第２の実施の形態のノイズフィルタ回路の周波数に対するインピーダンス特性の例を示す図である。
【図６】従来の一般的なコモンモードチョークコイルとノーマルモードチョークコイルを用いたノイズフィルタ回路の構成例を示す図である。
【図７】特許文献１に記載のコモンモードノイズフィルタ回路の構成図である。
【図８】特許文献２に記載のノーマルモードノイズフィルタ回路の構成図である。
【図９】特許文献３に記載のノーマルモードノイズフィルタ回路の構成図である。
【図１０】従来のノーマルモードチョークコイルの自己共振周波数以上のインピーダンス特性の例を示す図である。
【図１１】従来のノイズフィルタ回路においてリアクトルの巻き線間容量を考慮した等価回路図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ｌｎ  ノーマルモードチョークコイル
Ｃｐａｒａ  コンデンサ
Ｃｓｔｒａｙ  巻き線間容量
Ｒｐａｒａ  抵抗器
【図１】
2008148523.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008148523.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008148523.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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