ノイズフィルタの実装構造

【目的】高周波特性、放熱特性並びにノイズ低減特性の再現性の高いノイズフィルタの実装構造を提供する。
【構成】スイッチング電源のＡＣラインに挿入され、若しくは入力電流を整流平滑化した後に挿入されるノイズフィルタにおいて、このノイズフィルタを構成するコンデンサやチョークコイル等の構成部品を金属ベース基板若しくは金属コア基板上に搭載し、当該金属基板の金属部分を接地してグランドプレーンとしたことを特徴とするノイズフィルタの実装構造である。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスイッチング電源から発生し、ＡＣラインに伝導するノイズを抑制するノイズフィルタに係り、特にＥＭＩノイズ抑制効果の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明者は特願平３−１７１２５８号，１５６７１６号明細書等でノイズフィルタの構造を提案している。図９はノイズフィルタの回路図である。図において、ノイズフィルタ１０は、アクロスザラインコンデンサＣＸ１を入力側に有する。コンデンサＣＸ１はレベル端子Ｌと中立端子Ｎを連結するもので、場合によりこれと並列に放電用の抵抗が接続されている。コモンモードチョークコイルＬはアクロスザラインコンデンサＣＸ１の後段に接続されたもので、コモンモードノイズ及びノーマルモードノイズを低減する。アクロスザラインコンデンサＣＸ２はコモンモードチョークコイルＬの後段に接続されたもので、これと並列にコンデンサＣＹ１，ＣＹ２が接続されている。コンデンサＣＹ１，ＣＹ２は両者の接続点が接地されたもので、コモンモードノイズを低減する。
【０００３】ここで、コモンモードノイズはスイッチング電源部２０の浮遊容量とグランドを通じて流れスイッチング電源に戻るものであり、ノーマルモードノイズは交流電源とスイッチング電源部２０を接続する二本の信号線間を流れるものである。コモンモードノイズは、コモンモードチョークコイルＬのインダクタンスによる大インピーダンス作用及びコンデンサＣＹ１，ＣＹ２の接地された共通接続点がノイズ電流をスイッチング電源側に帰還する作用により低減される。ノーマルモードノイズは、アクロスザラインコンデンサＣＸ１，ＣＸ２により発生源側に還流されて、信号線に流れる総量が削減される。
【０００４】次に図９に基づいてノイズフィルタの実装状態を説明する。図中、（Ａ）は樹脂基板、（Ｂ）は金属シールドケース、（Ｃ）はノイズフィルタを二段とし、一方に金属シールドケース、他方に樹脂基板を用いたものである。樹脂基板は、例えばガラスエポキシ基板を用い、スイッチング電源部２０を構成する整流平滑化回路やスッチング素子、トランス等のＤＣ−ＤＣコンバータ回路が搭載されている。金属シールドケース１２にノイズフィルタ回路１０が収容されている場合は、スイッチング電源部２０との間は接続コード３０を用いて接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記３タイプには以下の課題があった。まず樹脂基板にノイズフィルタ回路を搭載した第１のタイプでは、高周波特性が良くないという第１の課題がある。スイッチング電源のグランドのインピーダンスは、理想的にはゼロであるが現実にはグランドプレーンではないため無視できない。グランド導体の自己インダクタンスより生じる浮遊インピーダンスにより、高周波では電位差が生じて高周波特性に悪影響を与える。第２の課題は、放熱性が良くない点である。発熱を銅パターンからすべて放熱するのは不可能であるから、ヒートシンクを用いる必要があり、装置が大型化してしまう。第３の課題は、ＥＭＩ特性が良くない点である。トランスなどで生じる磁束がノイズフィルタと空間的な結合をすることによりノイズが増大し、ＥＭＩ特性が悪化する。
【０００６】第２のタイプは、ノイズフィルタ１０を金属シールドケース１２に収容し、他のスイッチング電源の構成要素を樹脂基板の上に形成したものである。第１の課題はノイズフィルタの個体差が大きい点である。ノイズフィルタの各構成部品が手動配線により接続されているためである。第２の課題はＥＭＩ特性が悪い点である。接続コード３０のインダクタンスの影響である。
【０００７】第３のタイプは、ノイズフィルタ１０を二段にして、ノイズ低減特性の改善を目的とし、実装上の理由から一方に金属シールドケース１２、他方に樹脂基板を用いたものである。このようにすると、上述の第１のタイプと第２のタイプの両者の課題を有し、十分な特性が得られないという課題があった。
【０００８】本発明はこのような課題を解決したもので、高周波特性、放熱特性並びにノイズ低減特性の再現性の高いノイズフィルタの実装構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成する本発明は、スイッチング電源のＡＣラインに挿入され、若しくは入力電流を整流平滑化した後に挿入されるノイズフィルタにおいて、このノイズフィルタを構成するコンデンサやチョークコイル等の構成部品を金属ベース基板若しくは金属コア基板上に搭載し、当該金属基板の金属部分を接地してグランドプレーンとしたことを特徴とするノイズフィルタの実装構造である。好ましくは、請求項１記載のノイズフィルタと、このノイズフィルタを覆う強磁性材料または高導伝率材料の少なくとも一方よりなる外部ケースでシールドケースを構成するとよい。
【００１０】
【作用】金属基板をグランドプレーン化すると、インダクタンスが低下してノイズフィルタの高周波特性が良くなる。またノイズフィルタの構成部品から発生する熱は、金属基板に伝導され、金属基板が放熱板としての機能を兼務する。外部ケースでノイズフィルタを覆うと、強磁性材料の場合には磁気シールド効果が得られ、高導電率材料の場合には電磁シールドによりノイズフィルタのＥＭＩ特性を改善する。
【００１１】
【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成斜視図である。図において、金属ベース基板４０上にはノイズフィルタ１０が搭載されている。ここで金属ベース基板とは、金属板の片面に回路パターンの形成されたものを言い、金属コア基板とは金属板の両面に回路パターンを設けたものを言い、両者を含む場合を金属基板と呼ぶ。なお、回路パターンを設ける場合には、金属板との間に絶縁層を設ける。ガラスエポキシ樹脂基板５０にはスイッチング電源部２０が搭載されている。
【００１２】このように構成された装置の特性について説明する。図２は銅板のインダクタンスの特性図で、縦軸にインダクタンス、横軸に棒材・板材の長さを取っている。銅板では、幅、厚さが大きくなるとインダクタンスが減少し、長さが大きくなると増加する。従って、ノイズフィルタ１０を金属ベース基板４０に集積するとともに、金属ベース基板４０を接地してグランドプレーンとすることにより、グランド幅と厚さが大きくなり、インダクタンスを低下させることができる。これにより浮遊インピーダンスが低下し、高周波特性が改善される。また金属ベース基板４０はアルミニウム等の熱伝導率の高い材料で構成されているので、ノイズフィルタ１０の構成部品で発生する熱を放熱する放熱板として利用することができ、ヒートシンク等が不要となって小型化に寄与する。
【００１３】図３は本発明の第２の実施例の説明図で、図１の装置のノイズフィルタ１０を金属シールドケース６０で覆ったものである。図４は図３の要部を説明する断面図である。金属ベース基板４０は三層構造で、絶縁層４１、高導電率層４２及び高透磁率層４３になっている。高導電率層４２は銅、アルミニウム等の導電率の高い材料よりなる。高透磁率層４３は珪素鋼板などの鉄系材料やニッケル等の強磁性材料であって、実動作時の強度磁界において透磁率の高い材料よりなる。金属シールドケース６０は二層構造であって、高導電率層６１と高透磁率層６２を有する。材質は、それぞれ高導電率層４２及び高透磁率層４３と同様である。積層の順序は図示のようにするのがよい。ノイズフィルタ１０のより内側の層に高導電率層をもうけ、外側に高透磁率層を設ける。このようにすると、外来の磁束は高透磁率層で内部に侵入する量が減少し、従って高導電率層で発生する渦電流の量も少なくて済む。
【００１４】このように構成された装置の動作を次に説明する。図５はシールド効果の説明図で、（Ａ）は磁気シールド、（Ｂ）は電磁シールドの場合を示している。高透磁率層でノイズフィルタ１０を取り囲む。すると、トランス等の他の素子から発生した磁束は高透磁率層を通過し、この高透磁率層は磁束のバイパス経路として働く。この結果、発生磁束とノイズフィルタ１０との結合が防止される。また、高透磁率層でノイズフィルタ１０を取り囲むと、他の素子で発生した磁束は高透磁率層で渦電流を発生させる。この渦電流により磁束が減衰して、ノイズフィルタ１０と結合する量が低下してシールドとして働き、ＥＭＩ特性が向上する。
【００１５】図６は本発明の第３実施例の説明図で、ノイズフィルタ１０を二段構成としたものである。ノイズフィルタ１０は金属ベース基板４０に搭載し、スイッチング電源部２０は樹脂基板５０に搭載している。この場合、両方のノイズフィルタ１０を金属シールドケース６０で覆ってもよく（図６Ａ）、また片方だけでもよい（図６Ｂ）。このようにすると、従来前段と後段のノイズフィルタ１０の間を接続していた接続コード３０がなくなり、接続コード３０のインダクタンスによるノイズの悪化が生じない。また金属ベース基板４０は金属シールドケース６０の下面を兼用できるので、ケース下面が不要になり材料が節約できる。またノイズフィルタ１０の各構成部品を金属ベース基板４０に搭載するので、手動配線に起因する個体差がなくなる。
【００１６】図７は本発明の第４実施例の構成図で、ノイズフィルタ１０とスイッチング電源部２０を共通の金属ベース基板４０に搭載したものである。この場合、ノイズフィルタ１０とスイッチング電源部２０を金属シールドケース６０で覆ってもよく（図７Ｂ）、また金属シールドケース６０なしでもよい（７Ａ）．
【００１７】図８は従来構造と本発明にかかる構造との比較実験をしたものの回路定数説明図である。グランドプレーンとすることで、コモンモードは周波数１ＭＨｚ以上で１５ｄＢ，ノーマルモードは周波数４ＭＨｚ以上で１０ｄＢ減衰量が改善された。また金属ベース基板４０の放熱作用により、同損失時の温度上昇を樹脂基板５０に実装した場合に比較して、８０％程度に抑えることができた。また金属シールドケース６０の材料を単層の銅とし、ノイズフィルタ１０とスイッチング電源部２０を金属ベース基板４０に搭載した場合（図７Ｂ参照）に、金属シールドケース６０で覆うとＥＭＩノイズが周波数４ＭＨｚ以上で１０ｄＢ減衰量が改善された。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば金属基板をグランドプレーンとしているので、高周波特性が改善される。また金属基板は放熱板としての役割も兼務するので、スイッチング電源全体やノイズフィルタ１０が小型になる。更に金属シールドケース６０でノイズフィルタ１０を覆うと、ＥＭＩ特性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成斜視図である。
【図２】銅板のインダクタンスの特性図である。
【図３】本発明の第２の実施例の説明図である。
【図４】図３の要部を説明する断面図である。
【図５】シールド効果の説明図である。
【図６】本発明の第３実装例の説明図である。
【図７】本発明の第４実施例の構成図である。
【図８】従来構造と本発明にかかる構造との比較実験をしたものの回路定数説明図である。
【図９】ノイズフィルタの回路図である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】スイッチング電源のＡＣラインに挿入され、若しくは入力電流を整流平滑化した後に挿入されるノイズフィルタにおいて、このノイズフィルタを構成するコンデンサやチョークコイルなどの構成部品を金属ベース基板若しくは金属コア基板上に搭載し、当該金属基板の金属部分を接地してグランドプレーンとしたことを特徴とするノイズフィルタの実装構造。
【請求項２】請求項１記載のノイズフィルタと、このノイズフィルタを覆う強磁性材料または高導伝率材料の少なくとも一方よりなる外部ケースでシールドケースを構成したことを特徴とするノイズフィルタの実装構造。

【図１】