(57)【要約】【課題】広い周波数範囲においてコモンモード信号を効果的に抑制でき、且つ小型化が可能なコモンモード信号抑制回路を実現する。【解決手段】コモンモード信号抑制回路は、導電線３に挿入された第１の巻線１１と、導電線４に挿入されると共に磁芯１０を介して第１の巻線１１に結合され、第１の巻線１１と協働してコモンモード信号を抑制する第２の巻線１２と、磁芯１０を介して第１および第２の巻線１１，１２に結合された第３の巻線１３とを備えている。コモンモード信号抑制回路は、更に、第３の巻線１３に接続されると共に、導電線３，４に接続された逆相信号伝送回路１５を備えている。逆相信号伝送回路１５は、導電線３，４上のコモンモード信号を検出し、コモンモード信号に対して逆相となる逆相信号を第３の巻線１３に供給する。【選択図】　　　　　図１
2004080436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の導電線を同じ位相で伝搬するコモンモード信号を抑制するコモンモード信号抑制回路であって、
所定の第１の位置において一方の導電線に挿入された第１の巻線と、
前記第１の位置に対応する第２の位置において他方の導電線に挿入されると共に前記第１の巻線に結合され、前記第１の巻線と協働して前記コモンモード信号を抑制する第２の巻線と、
前記第１の巻線および第２の巻線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の巻線および第２の巻線に結合された第３の巻線と、
前記第３の巻線に接続されると共に、前記第１の位置とは異なる第３の位置において前記一方の導電線に接続され、更に、前記第３の位置に対応し、前記第２の位置とは異なる第４の位置において前記他方の導電線に接続され、前記コモン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を備え、
前記コモンモード信号の発生源が、第１の位置と第３の位置の間の位置および第２の位置と第４の位置との間の位置を除いて、第１および第２の位置よりも第３および第４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、コモンモード信号を検出すると共に、検出したコモンモード信号に対して逆相となる前記逆相信号を前記第３の巻線に供給し、前記第３の巻線は、前記第１の巻線および第２の巻線を介して、前記逆相信号を前記２本の導電線に注入し、
前記コモンモード信号の発生源が、第１の位置と第３の位置の間の位置および第２の位置と第４の位置との間の位置を除いて、第３および第４の位置よりも第１および第２の位置に近い位置にある場合には、前記第３の巻線はコモンモード信号を検出し、前記逆相信号伝送手段は、前記第３の巻線によって検出されたコモンモード信号に対して逆相となる前記逆相信号を前記２本の導電線に注入することを特徴とするコモンモード信号抑制回路。
【請求項２】
更に、前記２本の導電線において、第１の位置と第３の位置の間の位置および第２の位置と第４の位置との間の位置に設けられ、通過するコモンモード信号の波高値を低減するインピーダンス素子を備えたことを特徴とする請求項１記載のコモンモード信号抑制回路。
【請求項３】
前記逆相信号伝送手段は、コモン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または２記載のコモンモード信号抑制回路。
【請求項４】
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３記載のコモンモード信号抑制回路。
【請求項５】
前記インピーダンス素子は、一方の導電線に挿入された第４の巻線と、他方の導電線に挿入されると共に前記第４の巻線に結合され、前記第４の巻線と協働して前記コモンモード信号を抑制する第５の巻線と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コモンモード信号抑制回路。
【請求項６】
前記第４の巻線および第５の巻線の各インダクタンスは共に０．３μＨ以上であることを特徴とする請求項５記載のコモンモード信号抑制回路。
【請求項７】
前記第１の巻線および第２の巻線と前記第３の巻線との結合係数は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コモンモード信号抑制回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２本の導電線を同じ位相で伝搬するコモンモード信号を抑制するコモン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】
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。
【０００６】
ここで、図１０に、コモンモードのノイズを低減するためのＬＣフィルタの構成の一例を示す。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、端子１０１ａ，１０１ｂと端子１０２ａ，１０２ｂとの間に設けられたコモンモードチョークコイル１０３と、一端が端子１０１ａに接続され、他端が接地されたキャパシタ１０４と、一端が端子１０１ｂに接続され、他端が接地されたキャパシタ１０５とを備えている。
【０００７】
コモンモードチョークコイル１０３は、１つの磁芯１０３ａと、この磁芯１０３ａに巻かれた２つの巻線１０３ｂ，１０３ｃとを有している。巻線１０３ｂ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。巻線１０３ｃの一端は端子１０１ｂに接続され、他端は端子１０２ｂに接続されている。巻線１０３ｂ，１０３ｃは、巻線１０３ｂ，１０３ｃにノーマルモードの電流が流れたときに各巻線１０３ｂ，１０３ｃを流れる電流によって磁芯１０３ａに誘起される磁束が互いに相殺されるような向きに、磁芯１０３ａに巻かれている。
【０００８】
図１０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。
【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】
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コモンモード信号を効果的に抑制でき、且つ小型化が可能なコモンモード信号抑制回路を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のコモンモード信号抑制回路は、２本の導電線を同じ位相で伝搬するコモン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の巻線と、
第１の位置に対応する第２の位置において他方の導電線に挿入されると共に第１の巻線に結合され、第１の巻線と協働してコモンモード信号を抑制する第２の巻線と、
第１の巻線および第２の巻線との間で相互インダクタンスが発生するように、第１の巻線および第２の巻線に結合された第３の巻線と、
第３の巻線に接続されると共に、第１の位置とは異なる第３の位置において一方の導電線に接続され、更に、第３の位置に対応し、第２の位置とは異なる第４の位置において他方の導電線に接続され、コモン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を備えている。
【００１３】
本発明のコモンモード信号抑制回路において、コモンモード信号の発生源が、第１の位置と第３の位置の間の位置および第２の位置と第４の位置との間の位置を除いて、第１および第２の位置よりも第３および第４の位置に近い位置にある場合には、逆相信号伝送手段は、コモンモード信号を検出すると共に、検出したコモンモード信号に対して逆相となる逆相信号を第３の巻線に供給し、第３の巻線は、第１の巻線および第２の巻線を介して、逆相信号を２本の導電線に注入する。これにより、２本の導電線において、第１および第２の位置からコモンモード信号の進行方向の先でコモンモード信号が抑制される。
【００１４】
また、本発明のコモンモード信号抑制回路において、コモンモード信号の発生源が、第１の位置と第３の位置の間の位置および第２の位置と第４の位置との間の位置を除いて、第３および第４の位置よりも第１および第２の位置に近い位置にある場合には、第３の巻線はコモンモード信号を検出し、逆相信号伝送手段は、第３の巻線によって検出されたコモンモード信号に対して逆相となる逆相信号を２本の導電線に注入する。これにより、２本の導電線において、第３および第４の位置からコモンモード信号の進行方向の先でコモンモード信号が抑制される。
【００１５】
本発明のコモンモード信号抑制回路は、更に、２本の導電線において、第１の位置と第３の位置の間の位置および第２の位置と第４の位置との間の位置に設けられ、通過するコモンモード信号の波高値を低減するインピーダンス素子を備えていてもよい。
【００１６】
また、本発明のコモンモード信号抑制回路において、逆相信号伝送手段は、コモン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。
【００１７】
また、本発明のコモン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４の巻線と、他方の導電線に挿入されると共に第４の巻線に結合され、第４の巻線と協働してコモンモード信号を抑制する第５の巻線とを有していてもよい。第４の巻線および第５の巻線の各インダクタンスは共に０．３μＨ以上であってもよい。
【００１８】
また、本発明のコモンモード信号抑制回路において、第１の巻線および第２の巻線と第３の巻線との結合係数は０．７以上であってもよい。
【００１９】
【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コモン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コモン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。このコモン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。コモン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。コモンモード信号抑制回路の抑制対象となるコモン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、抑制対象となるコモンモード信号は、端子１ａ，１ｂまたは端子２ａ，２ｂからコモンモード信号抑制回路に入力される。
【００２０】
ここで、コモンモード信号とは、２本の電力導電線を同じ位相で伝搬する信号である。抑制対象となるコモンモード信号には、ノイズや、不必要な通信信号がある。
【００２１】
コモン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の巻線１１と、第１の位置Ａに対応する第２の位置Ｂにおいて導電線４に挿入されると共に磁芯１０を介して第１の巻線１１に結合され、第１の巻線１１と協働してコモンモード信号を抑制する第２の巻線１２と、第１の巻線１１および第２の巻線１２との間で相互インダクタンスが発生するように、磁芯１０を介して第１の巻線１１および第２の巻線１２に結合された第３の巻線１３とを備えている。例えば、巻線１１，１２，１３の巻数は等しくなっている。磁芯１０、第１の巻線１１および第２の巻線１２は、コモンモードチョークコイルを構成している。すなわち、巻線１１，１２は、巻線１１，１２にノーマルモードの電流が流れたときに各巻線１１，１２を流れる電流によって磁芯１０に誘起される磁束が互いに相殺されるような向きに、磁芯１０に巻かれている。これにより、巻線１１，１２は、コモンモード信号を抑制し、ノーマルモード信号を通過させる。
【００２２】
コモンモード信号抑制回路は、更に、第３の巻線１３に接続されると共に、第１の位置Ａとは異なる第３の位置Ｃおいて導電線３に接続され、更に、第３の位置Ｃに対応し、第２の位置Ｂとは異なる第４の位置Ｄにおいて導電線４に接続され、コモン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は、第１ないし第３の端子を有している。第１の端子は、第３の位置Ｃにおいて導電線３に接続されている。第２の端子は、第４の位置Ｄにおいて導電線４に接続されている。第３の端子は、第３の巻線１３の一端に接続されている。第３の巻線１３の他端は接地されている。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。
【００２３】
図２は、図１に示したコモン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、コモン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１５１，１５２を含んでいる。キャパシタ１５１の一端は、位置Ｃにおいて導電線３に接続されている。キャパシタ１５２の一端は、位置Ｄにおいて導電線４に接続されている。キャパシタ１５１の他端およびキャパシタ１５２の他端は、第３の巻線１３の一端に接続されている。
【００２４】
次に、本実施の形態に係るコモンモード信号抑制回路の作用について説明する。まず、コモンモード信号の発生源が、第１の位置Ａと第３の位置Ｃの間の位置および第２の位置Ｂと第４の位置Ｄとの間の位置を除いて、第１および第２の位置Ａ，Ｂよりも第３および第４の位置Ｃ，Ｄに近い位置にある場合におけるコモン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３および第４の位置Ｃ，Ｄにおいて、コモンモード信号を検出すると共に、検出したコモンモード信号に対して逆相となる逆相信号を第３の巻線１３に供給する。第３の巻線１３は、第１および第２の位置Ａ，Ｂにおいて、第１の巻線１１および第２の巻線１２を介して、逆相信号を２本の導電線３，４に注入する。これにより、２本の導電線３，４において、第１および第２の位置Ａ，Ｂからコモンモード信号の進行方向の先でコモンモード信号が抑制される。
【００２５】
次に、コモンモード信号の発生源が、第１の位置Ａと第３の位置Ｃの間の位置および第２の位置Ｂと第４の位置Ｄとの間の位置を除いて、第３および第４の位置Ｃ，Ｄよりも第１および第２の位置Ａ，Ｂに近い位置にある場合におけるコモン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３の巻線１３は、第１および第２の位置Ａ，Ｂにおいて、導電線３，４上のコモンモード信号を検出する。逆相信号伝送回路１５は、第３および第４の位置Ｃ，Ｄにおいて、第３の巻線１３によって検出されたコモンモード信号に対して逆相となる逆相信号を２本の導電線３，４に注入する。これにより、２本の導電線３，４において、第３および第４の位置Ｃ，Ｄからコモンモード信号の進行方向の先でコモンモード信号が抑制される。
【００２６】
次に、図３を参照して、本実施の形態に係るコモンモード信号抑制回路によってコモン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、コモンモード信号の発生源が、第１および第２の位置Ａ，Ｂよりも第３および第４の位置Ｃ，Ｄに近い位置にある場合について説明する。図３は、図２と同様の構成のコモンモード信号抑制回路を示している。以下の説明では、ハイパスフィルタ１５Ａ（キャパシタ１５１，１５２）のインピーダンスが０であると共に、例えば巻線１１〜１３の各巻数が全て等しく、且つ巻線１１，１２と巻線１３との結合係数が１であるものとする。
【００２７】
ここで、図３に示したコモンモード信号抑制回路において、グランドＧＮＤの電位に対して電位差Ｖｉｎを生じさせるコモンモード信号が端子１ａ，１ｂに入力された場合について考える。コモン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、コモン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１５１，１５２の作用によって位相が１８０°ずれる。その結果、第３の巻線１３の両端間には電位差−Ｖｉｎが発生する。この第３の巻線１３の両端間に発生した電位差−Ｖｉｎに応じて、第１の巻線１１の両端間および第２の巻線１２の両端間にも電位差−Ｖｉｎが発生する。グランドＧＮＤの電位と端子２ａ，２ｂの電位との差をＶｏとすると、これは以下の式で表される。
【００２８】
Ｖｏ＝Ｖｉｎ＋（−Ｖｉｎ）＝０
【００２９】
このように、図３に示したコモンモード信号抑制回路によれば、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、巻線１１，１２と巻線１３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、コモンモード信号を完全に除去することができる。ただし、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、巻線１１，１２と巻線１３との結合係数は１よりも小さくなる。そのため、図３に示したコモンモード信号抑制回路によってコモンモード信号を完全に除去できるわけではない。それでも、本実施の形態によれば、広い周波数範囲においてコモンモード信号を効果的に抑制でき、且つ簡単な構成で小型化が可能なコモンモード信号抑制回路を実現することができる。
【００３０】
以下、図４を参照して、本実施の形態に係るコモン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に示したコモンモード信号抑制回路のうち、導電線３を通過する信号の抑制に関わる部分のみを示している。図４に示した回路は、端子１ａ，２ａと、第１の巻線１１と、第３の巻線１３と、キャパシタ１５１とを有している。また、図４に示した回路には、コモンモード信号発生源２１と負荷２２とが接続されている。コモンモード信号発生源２１は、端子１ａとグランドＧＮＤとの間に接続され、両者の間に電位差Ｖｉｎを生じさせる。負荷２２は、端子２ａとグランドＧＮＤとの間に接続され、インピーダンスＺｏを有している。
【００３１】
図４に示した回路において、第３の巻線１３のインダクタンスをＬ１１とし、第１の巻線１１のインダクタンスをＬ１２とし、キャパシタ１５１のキャパシタンスをＣ１とする。また、キャパシタ１５１および第３の巻線１３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１の巻線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。
【００３２】
また、第１の巻線１１と第３の巻線１３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。
【００３３】
Ｋ＝Ｍ／√（Ｌ１１・Ｌ１２）　　…（１）
【００３４】
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はコモンモード信号の角周波数を表わしている。
【００３５】
Ｚ１＝ｊ（ωＬ１１−１／ωＣ１）　…（２）
Ｚ２＝Ｚｏ＋ｊωＬ１２　　　　　　…（３）
【００３６】
また、電位差Ｖｉｎは、以下の式（４），（５）で表わされる。
【００３７】
Ｖｉｎ＝Ｚ１・ｉ１＋ｊωＭ・ｉ２　　…（４）
Ｖｉｎ＝Ｚ２・ｉ２＋ｊωＭ・ｉ１　　…（５）
【００３８】
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。
【００３９】
ｉ１＝（Ｖｉｎ−ｊωＭ・ｉ２）／Ｚ１　…（６）
【００４０】
次に、式（６）を式（５）に代入すると、次の式（７）が得られる。
【００４１】
ｉ２＝Ｖｉｎ（Ｚ１−ｊωＭ）／（Ｚ１・Ｚ２＋ω２・Ｍ２）　…（７）
【００４２】
図４に示した回路によってコモン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＋ω２・Ｍ２）について考察する。
【００４３】
まず、Ｚ１は、式（２）で表わされるため、第３の巻線１３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１５１のキャパシタンスＣ１が大きいほど大きくなる。
【００４４】
次に、Ｚ２は、式（３）で表わされるため、第１の巻線１１のインダクタンスＬ１２が大きいほど大きくなる。従って、インダクタンスＬ１２を大きくすれば、電流ｉ２を小さくすることができる。
【００４５】
また、式（７）の右辺の分母にはω２・Ｍ２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に示した回路によるコモン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の値によってコモンモード信号の抑制効果は大きく変化する。
【００４６】
以上の説明は、図２に示したコモンモード信号抑制回路のうち、導電線４を通過する信号の抑制に関わる部分についても同様に当てはまる。
【００４７】
また、コモンモード信号の発生源が、第３および第４の位置Ｃ，Ｄよりも第１および第２の位置Ａ，Ｂに近い位置にある場合には、第３の巻線１３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。
【００４８】
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コモンモード信号を効果的に抑制でき、且つ小型化が可能なコモンモード信号抑制回路を実現することができる。
【００４９】
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、コモンモード信号の抑制効果が大きいコモンモード信号抑制回路を実現することができる。
【００５０】
また、本実施の形態において、キャパシタ１５１，１５２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１５１，１５２のみによって、コモンモード信号の検出と、この検出されたコモン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。
【００５１】
なお、本実施の形態に係るコモン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。
【００５２】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るコモン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コモンモード信号抑制回路は、第１の実施の形態に係るコモンモード信号抑制回路にインピーダンス素子１６を加えた構成になっている。インピーダンス素子１６は、導電線３，４において、第１の位置Ａと第３の位置Ｃの間の位置および第２の位置Ｂと第４の位置Ｄとの間の位置に設けられている。また、インピーダンス素子１６は、そこを通過するコモンモード信号の波高値を低減する。これにより、本実施の形態に係るコモン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コモン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３，４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、本実施の形態に係るコモンモード信号抑制回路によれば、より広い周波数範囲においてコモンモード信号をより効果的に抑制することが可能になる。
【００５３】
図６は、図５に示したコモン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、図２に示した例と同様に、逆相信号伝送回路１５はハイパスフィルタ１５Ａで構成されている。ハイパスフィルタ１５Ａは、キャパシタ１５１，１５２を含んでいる。
【００５４】
また、図６に示した例では、インピーダンス素子１６は、導電線３に挿入された第４の巻線１６１と、導電線４に挿入されると共に磁芯１６０を介して第４の巻線１６１に結合され、第４の巻線１６１と協働してコモンモード信号を抑制する第５の巻線１６２とを有している。例えば、巻線１６１，１６２の巻数は等しくなっている。磁芯１６０および巻線１６１，１６２は、コモンモードチョークコイルを構成している。すなわち、巻線１６１，１６２は、巻線１６１，１６２にノーマルモードの電流が流れたときに各巻線１６１，１６２を流れる電流によって磁芯１６０に誘起される磁束が互いに相殺されるような向きに、磁芯１６０に巻かれている。これにより、巻線１６１，１６２は、コモンモード信号を抑制し、ノーマルモード信号を通過させる。
【００５５】
以下、図７を参照して、本実施の形態に係るコモンモード信号抑制回路の作用について詳しく説明する。図７は、図６に示したコモンモード信号抑制回路のうち、導電線３を通過する信号の抑制に関わる部分のみを示している。図７に示した回路は、端子１ａ，２ａと、第１の巻線１１と、第３の巻線１３と、キャパシタ１５１と、第４の巻線１６１とを有している。また、図７に示した回路には、コモンモード信号発生源２１と負荷２２とが接続されている。コモンモード信号発生源２１は、端子１ａとグランドＧＮＤとの間に接続され、両者の間に電位差Ｖｉｎを生じさせる。負荷２２は、端子２ａとグランドＧＮＤとの間に接続され、インピーダンスＺｏを有している。
【００５６】
図７に示した回路において、第３の巻線１３のインダクタンスをＬ１１とし、第１の巻線１１のインダクタンスをＬ１２とし、キャパシタ１５１のキャパシタンスをＣ１とし、第４の巻線１６１のインダクタンスをＬ２１とする。また、キャパシタ１５１および第３の巻線１３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４の巻線１６１および第１の巻線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。また、第１の巻線１１と第３の巻線１３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、前出の式（１）で表わされる。
【００５７】
本実施の形態では、インピーダンスの総和Ｚ１は前出の式（２）で表わされ、インピーダンスの総和Ｚ２は以下の式（８）で表わされる。
【００５８】
Ｚ２＝Ｚｏ＋ｊω（Ｌ１２＋Ｌ２１）　…（８）
【００５９】
また、電位差Ｖｉｎは、前出の式（４），（５）で表わされる。第１の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、電流ｉ１を含まずに、電流ｉ２を表わす式は、前出の式（７）となる。
【００６０】
図７に示した回路によってコモン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＋ω２・Ｍ２）について考察する。
【００６１】
まず、Ｚ１は、式（２）で表わされるため、第３の巻線１３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１５１のキャパシタンスＣ１が大きいほど大きくなる。この点は、第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
次に、図７に示した回路では、Ｚ２は、式（８）で表わされるため、第１の巻線１１のインダクタンスＬ１２と第４の巻線１６１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の巻線１１だけでもコモンモード信号を抑制することができるが、第４の巻線１６１を加えることでコモンモード信号をより抑制することができることが分かる。
【００６３】
また、第１の実施の形態と同様に、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。
【００６４】
以上の説明は、図６に示したコモンモード信号抑制回路のうち、導電線４を通過する信号の抑制に関わる部分についても同様に当てはまる。
【００６５】
また、コモンモード信号の発生源が、第３および第４の位置Ｃ，Ｄよりも第１および第２の位置Ａ，Ｂに近い位置にある場合には、第３の巻線１３と逆相信号伝送回路１５の役割が、図７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。
【００６６】
次に、図８を参照して、図６に示したコモンモード信号抑制回路における巻線１６１，１６２のインダクタンスとコモン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８は、比較例の回路および図６に示したコモン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。
【００６７】
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に接続された第１のインダクタンス素子と、一端が端子１ｂに接続され、他端が端子２ｂに接続された第２のインダクタンス素子とを備えたものである。図８において符号３１で示した線は、上記第１および第２のインダクタンス素子のインダクタンスを共に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８において符号３２で示した線は、上記第１および第２のインダクタンス素子のインダクタンスを共に９０μＨとした場合の比較例の回路の特性を表わしている。
【００６８】
図８において符号３３〜３８で示した各線は、それぞれ図６に示したコモン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１５１，１５２のキャパシタンスを共に１０００ｐＦとし、第１の巻線１１、第２の巻線１２および第３の巻線１３の各インダクタンスをいずれも３０μＨとし、巻線１１，１２と巻線１３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。
【００６９】
シミュレーションでは、コモンモード信号の発生源が第１および第２の位置Ａ，Ｂに近い位置にある場合と、コモンモード信号の発生源が第３および第４の位置Ｃ，Ｄに近い位置にある場合とで、コモンモード信号抑制回路の特性に差はなかった。
【００７０】
符号３３で示した線は、巻線１６１，１６２のインダクタンスを共に０とした場合の特性を表わしている。なお、この場合の図６に示したコモンモード信号抑制回路の構成は、図２に示したコモンモード信号抑制回路と同じである。符号３４で示した線は、巻線１６１，１６２のインダクタンスを共に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、巻線１６１，１６２のインダクタンスを共に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、巻線１６１，１６２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、巻線１６１，１６２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、巻線１６１，１６２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。
【００７１】
以下、図８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３１，３２，３５で示した各線を比較すると、以下のことが分かる。第１巻線１１のインダクタンスが３０μＨで、第４の巻線１６１のインダクタンスが３μＨで、これらの和が３３μＨとなるコモン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３３μＨである比較例の回路よりも、約１ＭＨｚ以上の周波数の範囲において、コモンモード信号の抑制効果が大きい。また、このコモン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、約３ＭＨｚ以上の周波数の範囲において、コモン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。
【００７２】
また、符号３１で示した線と符号３３で示した線とを比較すると、巻線１６１，１６２のインダクタンスが０の場合、すなわちインピーダンス素子１６がない場合であってもコモンモード信号の抑制効果を得ることができる。
【００７３】
しかし、符号３３〜３８で示した各線を比較すると分かるように、インピーダンス素子１６を設けない場合に比べて、インピーダンス素子１６を設けた方がコモンモード信号の抑制効果が大きくなる。しかも、巻線１６１，１６２のインダクタンスが大きくなるほど、コモンモード信号の抑制効果が大きくなる。しかし、巻線１６１，１６２のインダクタンスが大きくなるほど、インピーダンス素子１６の形状は大きくなる。そのため、巻線１６１，１６２のインダクタンスが６００μＨを超えると、実用性が薄れる。巻線１１〜１３のインダクタンスが３０μＨである場合には、巻線１６１，１６２のインダクタンスは３０μＨあるいは６０μＨあれば、十分なコモン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、巻線１６１，１６２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、巻線１６１，１６２のインダクタンスは、巻線１１〜１３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。
【００７４】
図８から考察すると、巻線１６１，１６２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。
【００７５】
次に、図９を参照して、図６に示したコモンモード信号抑制回路における巻線１１，１２と巻線１３との結合係数とコモン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９は、前述の比較例の回路および図６に示したコモン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。
【００７６】
図９において符号４１，４２で示した各線は、図８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。
【００７７】
図９において符号４３〜４６で示した各線は、それぞれ図６に示したコモン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１５１，１５２のキャパシタンスを１０００ｐＦとし、巻線１１，１２，１３，１６１，１６２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、巻線１１，１２と巻線１３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。
【００７８】
以下、図９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、コモン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コモン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、コモンモード信号の抑制効果が大きくなる。図９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。
【００７９】
以上説明したように、本実施の形態に係るコモンモード信号抑制回路によれば、第１の実施の形態に係るコモンモード信号抑制回路に比べて、より広い周波数範囲においてコモンモード信号をより効果的に抑制することができる。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
【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コモンモード信号を効果的に抑制でき、且つ小型化が可能なコモン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コモン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に示したコモン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】本発明の第１の実施の形態に係るコモンモード信号抑制回路によってコモンモード信号が抑制される原理について説明するための回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るコモンモード信号抑制回路の作用について説明するための回路図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るコモン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６】図５に示したコモン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７】本発明の第２の実施の形態に係るコモンモード信号抑制回路の作用について説明するための回路図である。
【図８】比較例の回路および図６に示したコモン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９】比較例の回路および図６に示したコモン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１０】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の巻線、１２…第２の巻線、１３…第３の巻線、１５…逆相信号伝送回路、１５Ａ…ハイパスフィルタ、１６…インピーダンス素子、１５１，１５２…キャパシタ、１６１…第４の巻線、１６２…第５の巻線。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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