專利名稱：噪聲濾波器和具有該噪聲濾波器的電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)置到用于把在電子設(shè)備上產(chǎn)生的短路電流放電到大地的接地線上的噪聲濾波器，具體涉及一種具有用于對在接地線上感應(yīng)的噪聲進(jìn)行抑制的電感器的噪聲濾波器。
背景技術(shù)：
這種常規(guī)噪聲濾波器包括電感器(inductor)，其具有用于把被稱為“噪聲”的不期望信號(hào)頻率與其他頻率加以區(qū)別，從而使來自商用電源的短路電流流到大地的功能(例如，參見第61-140620號(hào)日本實(shí)用新型專利公報(bào)(圖1等))。噪聲具有例如等于或大于10kHz的頻率。在日本，商用電源具有50Hz或60Hz的頻率。
圖10(a)是示出常規(guī)噪聲濾波器的電路圖。圖10(b)是示出使用圖10(a)所示的噪聲濾波器的狀態(tài)的電路圖。以下將參照這些圖對噪聲濾波器進(jìn)行說明。
噪聲濾波器70是兩端子型噪聲濾波器，其由一個(gè)電感器71組成且在接地線上使用。一個(gè)端子72通過接地線74接地，另一端子73與一電子設(shè)備75連接。并且，電感器71的電感被設(shè)定成使由漏電等引起的商用電源的短路電流Is從電子設(shè)備75流到大地76，而且使在接地線74上感應(yīng)的噪聲電流In可以被阻斷。
然而，常規(guī)噪聲濾波器具有以下問題。
(1)被稱為“噪聲”的噪聲功率不僅以穩(wěn)態(tài)電流(steady-statecurrent)形式在接地線74上感應(yīng)，而且以非周期的脈沖狀態(tài)(pulse-state)電流形式感應(yīng)。在該情況下，構(gòu)成噪聲濾波器70的電感器71由于磁場和電場而在其上貯存功率，并當(dāng)噪聲功率停止流入時(shí)，釋放所貯存的功率。因此，該釋放的功率可能會(huì)使電子設(shè)備75發(fā)生故障或者暫時(shí)性地功能降低。
(2)為了減少在接地線74上感應(yīng)的噪聲電流In，如上所述，電感器71是有效的。另一方面，在與接地線74連接的電子設(shè)備75中的大型電子設(shè)備具有相當(dāng)大的接地電容(earth capacitance)C，該接地電容C有時(shí)可能會(huì)與電感器71組合從而產(chǎn)生串聯(lián)諧振。當(dāng)所產(chǎn)生的諧振頻率電流在電子設(shè)備75上流動(dòng)時(shí)，發(fā)生由噪聲引起的故障。
(3)優(yōu)選的是，為了阻斷噪聲電流In而應(yīng)使電感器71的電感盡可能高，但為了使短路電流Is導(dǎo)通而應(yīng)使電感盡可能低。在這些矛盾特性之間達(dá)到平衡是相當(dāng)困難的。也就是說，當(dāng)為了充分阻斷噪聲電流In而增加電感時(shí)，短路電流Is導(dǎo)通不良，當(dāng)為了使短路電流Is良好導(dǎo)通而減少電感時(shí)，噪聲電流不能被充分阻斷。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決以下問題的噪聲濾波器，即從噪聲濾波器釋放的功率，由噪聲濾波器和接地電容的組合引起諧振頻率電流，以及在噪聲電流的阻斷和短路電流的導(dǎo)通之間的平衡，并且還提供一種使用該噪聲濾波器的電子設(shè)備。
本發(fā)明人大力從事解決這些問題的研究并發(fā)現(xiàn)，“如果噪聲濾波器不具有用于使噪聲電流耗散(dissipated)(把其變換成熱能)的功能，則產(chǎn)生由于從噪聲濾波器釋放的功率引起的問題”，以及“在噪聲電流的阻斷和短路電流的導(dǎo)通之間的平衡可通過利用電感的磁飽和效應(yīng)來達(dá)到”。本發(fā)明是基于這些結(jié)果而形成的。也就是說，通過把噪聲濾波器的電阻器與電感器并聯(lián)連接，使噪聲電流在電阻器內(nèi)耗散。而且還發(fā)現(xiàn)，在這種電路構(gòu)成中，電阻器也用于衰減由接地電容和電感器的組合產(chǎn)生的串聯(lián)諧振電流。并且，使用由短路電流引起磁飽和的電感器，可降低阻抗，這與電感對短路電流的關(guān)系無關(guān)。因此，通過增加電感，可充分阻斷噪聲電流。以下將進(jìn)行詳細(xì)說明。
根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器裝設(shè)到用于把在電子設(shè)備上產(chǎn)生的短路電流進(jìn)行放電的接地線上，并設(shè)有電感器，其用于對在接地線上感應(yīng)的噪聲電流進(jìn)行抑制；以及電阻器，其與電感器并聯(lián)連接。此處，假定噪聲電流的下限角頻率為ωn[rad]、電感器的電感為L[H]、電阻器的電阻為R[Ω]、以及電子設(shè)備的接地電容為C[F]，則(L/C)<R<2ωn2L]]>(條件是C＞1/(4ωn4L))的關(guān)系成立。
具有諸如電源頻率那樣的低頻率電流，即短路電流以低阻抗對低頻率電流的關(guān)系通過電感器，而不通過電阻器。另一方面，包括諧振頻率電流在內(nèi)的高頻率噪聲電流不通過電感器，而是在電阻器內(nèi)耗散。因此，由于由噪聲引起的功率不貯存在噪聲濾波器內(nèi)，因而不會(huì)發(fā)生由放電功率引起的問題。并且，由于由噪聲濾波器和接地電容引起的諧振頻率電流也在電阻器內(nèi)耗散，因而不會(huì)發(fā)生由諧振頻率電流引起的問題。
電阻器的電阻越小，可被抑制的諧振頻率電流就越多，從并聯(lián)連接的電感器放電的電流也就容易耗散。然而，如果電阻器的電阻較小，則高頻率噪聲電流不能被抑制。此處，假定(L/C)>R,]]>則不產(chǎn)生電感器和接地電容的串聯(lián)諧振，但同時(shí)，高頻率噪聲電流不能被抑制。因此，把左邊設(shè)定成(L/C)<R.]]>然而，假定(L/C)<<R,]]>則電感器和接地電容的串聯(lián)諧振電流不能被忽略不計(jì)。因此，把右邊設(shè)定成R＜2ωn2L。通過滿足右邊的條件，使得在電阻器內(nèi)耗散的電流超過在電感器上貯存的電流，從而不能獲得具有使噪聲電流耗散的高能力的特性。
并且，根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器是一種裝設(shè)到使用商用電源的電子設(shè)備的接地線上的類型，并包括電感器，其具有對在接地線上感應(yīng)的噪聲電流進(jìn)行抑制的特性，并由基于商用電源的短路電流引起磁飽和；以及電阻器，其與電感器并聯(lián)連接。
當(dāng)在電子設(shè)備上發(fā)生短路故障等時(shí)，短路電流通過噪聲濾波器流到大地。此時(shí)，由于噪聲濾波器的電感器發(fā)生磁飽和，因而短路電流通過電感器且?guī)缀鯚o損耗。另一方面，包括諧振頻率電流在內(nèi)的高頻率噪聲電流不通過電感器，而是在電阻器內(nèi)耗散。因此，噪聲功率不貯存在噪聲濾波器內(nèi)，因而不會(huì)發(fā)生由于放電功率引起的問題。并且，由噪聲濾波器和接地電容引起的諧振頻率電流也在電阻器內(nèi)耗散，因而不會(huì)發(fā)生由于諧振頻率電流引起的問題。并且，由于電感器由基于商用電源的短路電流發(fā)生磁飽和，因而即使電感器的電感增加，短路電流通過電感器也幾乎無損耗。因此，不僅可對高頻率噪聲電流進(jìn)行進(jìn)一步抑制，而且也可對諸如電源頻率那樣的低頻率噪聲電流進(jìn)行抑制。
假定電源電流的角頻率為ωp[rad]、噪聲電流的下限角頻率為ωn[rad]、電感器的電感為L[H]、以及電阻器的電阻為R[Ω]、則優(yōu)選的是，10(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/10的關(guān)系成立。更優(yōu)選的是，100(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/100的關(guān)系成立，最優(yōu)選的是，1000(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/1000的關(guān)系成立。通過這樣縮小R值的范圍，可獲得良好平衡特性，即衰減量在ωp時(shí)足夠小且在ωn時(shí)足夠大。換句話說，通過這樣縮小R值的范圍，可獲得以下特性，即噪聲濾波器在ωp時(shí)可用作電感器且在ωn時(shí)可用作電阻器。
由電感器和電阻器組成的并聯(lián)電路可以構(gòu)成為使一個(gè)端子通過接地線接地，并使另一端子與電子設(shè)備連接。電感器和電阻器的數(shù)量可以是單個(gè)或多個(gè)。當(dāng)有多個(gè)電感器時(shí)，至少一個(gè)電感器與電阻器并聯(lián)連接的這種構(gòu)成可以是容許的。
當(dāng)短路電流為25[A]時(shí)，噪聲濾波器的阻抗可以等于或小于0.1[Ω]。這是符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的特性。當(dāng)噪聲電流的頻率為10[kHz]時(shí)，電感器的電抗可以等于或大于2[kΩ]。如果針對等于或大于10[kHz]的噪聲頻率有等于或大于2[kΩ]的電抗，則作為噪聲濾波器，性能是足夠的。
而且，電阻器可以是可變電阻器。根據(jù)裝設(shè)有噪聲濾波器的電子設(shè)備，接地電容發(fā)生波動(dòng)。即使在該情況下，通過改變可變電阻器的電阻，也可適當(dāng)調(diào)整諧振頻率的波動(dòng)。換句話說，本發(fā)明的噪聲濾波器是裝設(shè)到分別具有不同接地電容的設(shè)備的接地線上的噪聲濾波器，并包括電感器，其用于對在接地線上感應(yīng)的噪聲進(jìn)行抑制；以及可變電阻器，其與電感器并聯(lián)連接。可變電阻器可被調(diào)整，以使其具有用于在噪聲濾波器裝設(shè)到接地線上的狀態(tài)下，對由電感器和接地電容引起的諧振頻率電流進(jìn)行抑制的電阻。應(yīng)該注意，本文所述的“可變電阻器”包括由固定電阻器和可變電阻器組成的串聯(lián)電路，所謂的半固定電阻器，由具有不同電阻的多個(gè)固定電阻器和用于選擇這些電阻器中的一個(gè)電阻器的開關(guān)組成的電路等。
噪聲濾波器可以具有以下構(gòu)成，即電感器是環(huán)形線圈，由環(huán)形線圈和可變電阻器組成的并聯(lián)電路被容納在框架內(nèi)，可變電阻器配置在由環(huán)形線圈的內(nèi)周壁圍繞的空間內(nèi)，以及用于改變可變電阻器的電阻的電阻改變裝置設(shè)置在能夠從框架外部進(jìn)行操作的位置。
通過從框架外部來操作電阻改變裝置，可容易調(diào)整接地電容值的波動(dòng)。并且，由于可變電阻器配置在由環(huán)形線圈的內(nèi)周壁圍繞的空間內(nèi)，因而可有效利用框架內(nèi)的空間。
本發(fā)明的電子設(shè)備是設(shè)有上述任何一種噪聲濾波器的電子設(shè)備。
本發(fā)明的噪聲濾波器具有以下簡單構(gòu)成，即常規(guī)噪聲濾波器的電感器與電阻器彼此并聯(lián)連接，使得包括諧振頻率電流在內(nèi)的高頻率噪聲電流不通過電感器并在電阻器內(nèi)耗散，從而可防止電子設(shè)備由于放電功率而誤動(dòng)作，而且還可對由于電子裝置的接地電容引起的諧振頻率電流進(jìn)行抑制。
本發(fā)明的噪聲濾波器是假定噪聲電流的下限角頻率為ωn、電感器的電感為L、電阻器的電阻為R、以及電子設(shè)備的接地電容為C，因而設(shè)定為使(L/C)<R<2ωn2L]]>的關(guān)系成立。這樣，可獲得以下特性，即諧振頻率電流的抑制和具有高頻率的噪聲電流的抑制得到平衡，而且還可獲得在使噪聲電流耗散時(shí)具有高性能的特性。
根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器，由于電感器由在電子設(shè)備上產(chǎn)生的短路電流引起磁飽和，因而阻抗相對于短路電流而下降，這與電感無關(guān)，從而可充分增加電感。這樣，不僅具有高頻率的噪聲電流，而且具有低頻率的噪聲電流都可被良好抑制。
并且，在根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器中，假定電源電流的角頻率為ωp、噪聲電流的下限角頻率為ωn、電感器的電感為L、以及電阻器的電阻為R、則優(yōu)選的是，10(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/10的關(guān)系成立，更優(yōu)選的是，100(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/100的關(guān)系成立，最優(yōu)選的是，1000(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/1000的關(guān)系成立。因此，可獲得平衡特性，即衰減量在ωp時(shí)足夠小且在ωn時(shí)足夠大，也就是說，可獲得以下特性，即噪聲濾波器在ωp時(shí)確實(shí)可用作電感器且在ωn時(shí)確實(shí)可用作電阻器。
并且，根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器構(gòu)成為把由電感器和電阻器組成的并聯(lián)電路裝設(shè)到一根接地線上，其中，一個(gè)端子接地，另一端子與電子設(shè)備連接。因此，該噪聲濾波器可用作接地線用的噪聲濾波器。
并且，根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器，當(dāng)短路電流為25[A]時(shí)，噪聲濾波器的阻抗等于或小于0.1[Ω]，從而使噪聲濾波器符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。
并且，根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器針對等于或大于10[kHz]的噪聲頻率具有等于或大于2[kΩ]的電抗，從而使噪聲電流可被良好抑制。
并且，根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器，與電感器并聯(lián)連接的電阻器可以是可變電阻器。因此，即使當(dāng)接地電容值根據(jù)電子設(shè)備而波動(dòng)時(shí)，通過改變可變電阻器的電阻，也能適當(dāng)調(diào)整諧振頻率的波動(dòng)。也就是說，在噪聲濾波器裝設(shè)到設(shè)備的接地線上之后，通過對與設(shè)備的接地電容對應(yīng)的可變電阻器的電阻進(jìn)行調(diào)整，可對由噪聲濾波器的電感器和設(shè)備的接地電容引起的諧振頻率電流進(jìn)行抑制。并且，當(dāng)通過把設(shè)備移動(dòng)到另一位置，或者在設(shè)備的周圍配置另一設(shè)備來使設(shè)備的接地電容改變時(shí)，通過對可變電阻器的電阻進(jìn)行調(diào)整，可對諧振頻率電流進(jìn)行抑制。
并且，根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器具有以下構(gòu)成，即用于改變可變電阻器的電阻的電阻改變裝置設(shè)置在能夠從框架外部進(jìn)行操作的位置。因此，通過從框架外部來操作電阻改變裝置，也可容易調(diào)整接地電容值的波動(dòng)。并且，可變電阻器配置在由環(huán)形線圈的內(nèi)周壁圍繞的空間內(nèi)，從而可有效利用框架內(nèi)的空間。因此，可實(shí)現(xiàn)噪聲濾波器的小型化和輕量化。


圖1(a)是示出根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器的第一實(shí)施例的電路圖；圖1(b)是示出使用圖1(a)的噪聲濾波器的狀態(tài)的電路圖；圖2是示出圖1(a)的噪聲濾波器中的電感器的電流-電壓特性(No.1)的一例的圖；圖3是示出圖1(a)的噪聲濾波器中的電感器的電流-電壓特性(No.2)的一例的圖；圖4是示出圖1(a)的噪聲濾波器中的電感器的頻率-阻抗特性的一例的圖；
圖5是示出圖1(a)的噪聲濾波器的頻率-阻抗特性的一例的圖；圖6是示出圖1(a)的噪聲濾波器的效果的一例的圖；圖7是示出通過改變電阻器的電阻來測量的圖1(b)中阻抗的頻率特性的圖；圖8(a)是示出根據(jù)本發(fā)明的的噪聲濾波器的第二實(shí)施例的電路圖；圖8(b)是示出根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器的第三實(shí)施例的電路圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器的第四實(shí)施例的透視圖；圖10(a)是示出常規(guī)噪聲濾波器的電路圖；以及圖10(b)是示出使用圖10(a)的噪聲濾波器的狀態(tài)的電路圖。
具體實(shí)施例方式
圖1(a)是示出根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器的第一實(shí)施例的電路圖，圖1(b)是示出使用圖1(a)的噪聲濾波器的狀態(tài)的電路圖。以下將參照這些圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。這些圖中與圖10(a)中相同的部件由相同參考編號(hào)表示，并省略其說明。
本實(shí)施例的噪聲濾波器10包括彼此并聯(lián)連接的電感器12和電阻器11。由電感器12和電阻器11組成的并聯(lián)電路具有通過接地線74接地的一個(gè)端子72以及與電子設(shè)備75連接的另一端子73。因此，噪聲濾波器10是用在接地線上的兩端子型噪聲濾波器。
當(dāng)在電子設(shè)備75上發(fā)生諸如短路那樣的故障時(shí)，短路電流Is通過噪聲濾波器10流到大地76。此時(shí)，噪聲濾波器10的電感器12是磁飽和的，使得短路電流Is通過電感器12且?guī)缀鯚o損耗。另一方面，包括諧振頻率電流在內(nèi)的高頻噪聲電流In沒有通過電感器12，并在電阻器11內(nèi)耗散。因此，噪聲濾波器10沒有貯存噪聲功率，因此不具有由功率釋放引起的問題。并且，由噪聲濾波器10和接地電容C引起的諧振頻率電流也在電阻器11內(nèi)耗散，從而不會(huì)產(chǎn)生由諧振頻率電流引起的問題。
現(xiàn)在，假定電感器12的電感為L并且角頻率為ω，則電抗為ωL。另一方面，由于電子設(shè)備75的接地電容C引起的電抗為1/ωC，其串聯(lián)與ωL產(chǎn)生諧振，從而產(chǎn)生噪聲電流。
在本實(shí)施例中，電感器12與電阻器11并聯(lián)連接。因此，諸如商業(yè)電源的微小漏泄電流那樣的低頻率小電流以低電抗通過電感器12，而具有較高頻率分量的噪聲電流In通過電阻器11以使功率耗散。
也就是說，假定電阻器11的電阻為R，則噪聲濾波器10的阻抗Z被給出如下Z＝[1/{R2+(ωL)2}]·{R(ωL)2+jR2(ωL)}…(1)如果ωL＜＜R，Z＝[1/{1+(ωL/R)2}]·{(ωL)2/R+jωL}jωL…(2)如果ωL＞＞R，Z＝[1/{1+(R/ωL)2}]·{R+jR(R/ωL)}R …(3)從公式(2)可知，在ω小的情況下，這是指低頻率電流(電源電流)的情況，噪聲濾波器10的阻抗為ZjωL，使得其通過噪聲濾波器10且損耗很小。另一方面，在ω大的情況下，這是指包括諧振頻率在內(nèi)的高頻率電流(噪聲電流)的情況，由于其阻抗為ZR，因而其在噪聲濾波器10內(nèi)耗散，這從公式(3)可知。
假定電源電流的角頻率為ωp[rad]、噪聲電流的下限角頻率為ωn[rad]、電感器12的電感為L[H]、以及電阻器11的電阻為R[Ω]，則必須滿足以下關(guān)系，這從公式(2)和(3)可知(ωp·L)＜＜R＜＜(ωn·L)…(4)對于在公式左邊的(ωp·L)＜＜R的關(guān)系，R應(yīng)優(yōu)選地盡可能大于(ωp·L)。對于在公式右邊的R＜＜(ωn·L)的關(guān)系，R應(yīng)優(yōu)選地盡可能小于(ωn·L)。為了使這兩個(gè)關(guān)系折衷，優(yōu)選的是，例如，以下關(guān)系成立10(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/10…(5)更優(yōu)選的是，以下公式成立100(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/100…(6)最優(yōu)選的是，以下公式成立1000(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/1000…(7)通過這樣縮小R值的范圍，可獲得平衡特性，即衰減量在ωp時(shí)足夠小且在ωn時(shí)足夠大。換句話說，當(dāng)R的范圍被盡可能縮小時(shí)，可獲得以下特性，即噪聲濾波器在ωp時(shí)確實(shí)可用作電感器，并在ωn時(shí)確實(shí)可用作電阻器。
以下將參照圖1(b)，對ωn、L和R之間的合適關(guān)系作進(jìn)一步說明。
由于噪聲電源電壓Vn引起的噪聲電流In通過接地線74流到電子設(shè)備75，從而使電子設(shè)備75產(chǎn)生故障。電子設(shè)備75的這種故障可由噪聲濾波器10來防止，該噪聲濾波器10把噪聲電流In的一部分轉(zhuǎn)換為電阻器11中的熱量。如果電子設(shè)備75的故障程度不顯著，則該故障有時(shí)可以僅通過使噪聲電流In的一小部分在電阻器11內(nèi)耗散來修復(fù)。因此，基本上，R值不受限制。
此處，假定噪聲濾波器10的兩端之間的電壓為Vf、流經(jīng)電感器12的電流為I1、以及流經(jīng)電阻器11的電流為Ir，則給出以下公式I1＝Vf/(ωn·L)…(8)Ir＝Vf/R…(9)因此，在電感器12內(nèi)貯存的功率W1由以下公式給出W1＝L·I12/2＝Vf2/(2ωn2·L) …(10)然后，在電阻器11內(nèi)耗散的功率Pr由以下公式給出
Pr＝Ir2·R＝Vf2/R …(11)在該情況下，優(yōu)選的是，在電阻器11內(nèi)耗散的功率Pr至少超過在電感器12內(nèi)貯存的功率W1，即Pr≥W1。不用說，其原因在于，在電阻器11內(nèi)耗散的功率Pr越大，被抑制的噪聲電流就越多。因此，根據(jù)公式(10)和(11)來建立以下公式W1/Pr＝R/(2ωn2·L)≤1 …(12)∴(ωn·L)/R≥1/(2ωn)…(13)例如，假定L＝3[mH]且ωn＝2π×100[rad]。參數(shù)ωn表示頻率為50[Hz]的商用電源的第二諧波。在該情況下，根據(jù)公式(13)給出以下公式(2π×100×0.003)/R＝0.6π/R≥1/(4π×100)∴R≤240π22.37[kΩ] …(14)也就是說，具有R值滿足公式(14)的電阻器11的噪聲濾波器10可實(shí)質(zhì)濾除在頻率上不低于電源頻率的第二諧波的噪聲。
以下，將根據(jù)具體值對電感器12進(jìn)行詳細(xì)說明。
電感器12形成為例如使外徑為90mm、內(nèi)徑為74mm以及厚度為13.5mm的鐵氧體環(huán)形芯，用直徑為2mm的銅線卷繞100圈。在該情況下，電感器12的電感為32mH，使得針對10kHz的噪聲電流In的電抗為2kΩ。這樣，可期望獲得對顯著噪聲電流進(jìn)行抑制的效果。
另一方面，IEC標(biāo)準(zhǔn)和UL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在25A的商用頻率電流被導(dǎo)通60秒的狀態(tài)下，被插入接地線74的電路元件的阻抗必須等于或小于0.1Ω。針對60Hz的商用電源頻率，電感器12的電抗在使用32mmH的電感計(jì)算時(shí)為12Ω，這不符合標(biāo)準(zhǔn)。然而實(shí)際上，電感器12的阻抗等于或小于0.1Ω，以便符合標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)?，鐵氧體環(huán)形芯在針對25A的電流值的B-H特性中進(jìn)入飽和區(qū)域，使得電感器12失去作為電感器的功能，以便成為僅具有導(dǎo)線電阻的電路元件。
也就是說，噪聲濾波器10是用于接地線的噪聲濾波器，這將積極利用磁性材料的飽和特性。接地線74具有用于設(shè)定電子設(shè)備75的基準(zhǔn)電位的基準(zhǔn)電位功能，以及當(dāng)在電子設(shè)備75上發(fā)生短路故障時(shí)，其具有用作短路電流路徑(所謂的安全接地線)的短路保護(hù)功能?；鶞?zhǔn)電位功能是用于對電源側(cè)的基準(zhǔn)電位和被供電的設(shè)備的基準(zhǔn)電位進(jìn)行識(shí)別，而不用于使電流流動(dòng)的功能。另一方面，短路保護(hù)功能用于把由被供電的設(shè)備側(cè)的短路故障引起的燒斷損壞抑制到最小，并對接觸設(shè)備框架的人體進(jìn)行保護(hù)。因此，假定在短路保護(hù)功能中導(dǎo)通大量電流。因此，提供諸如上述那樣的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。
圖2和圖3是示出電感器12的電流-電壓特性的例的圖。以下將參照圖1(a)、圖1(b)、圖2和圖3進(jìn)行說明。
圖2和圖3示出了當(dāng)電感器12與20Ω的限流電阻器串聯(lián)連接，并使50Hz商用電源頻率的電流導(dǎo)通時(shí)，在所繪制的指示器端子之間的電流值和電壓值。從圖2可知，當(dāng)電流值超過80mA時(shí)，電流-電壓關(guān)系中的線性丟失，并且芯材料進(jìn)入飽和區(qū)域。從圖3可知，在25A的電流流動(dòng)時(shí)刻的電抗值讀作0.072Ω，這滿足上述標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，根本不會(huì)存在以下情況，即在接地線74上感應(yīng)的噪聲電流In超過80mA。由于不存在電感器12由噪聲電流In引起磁飽和的情況，因而電感器12被期望提供作為濾波器的用于阻斷包括商用電源頻率在內(nèi)的噪聲電流的顯著效果。也就是說，電感器12由基于商用電源(大電流)的短路電流Is引起磁飽和。因此，即使電感器12的電感L增加，短路電流Is通過電感器12也幾乎無損耗。結(jié)果，不僅可對高頻率噪聲電流In進(jìn)行進(jìn)一步抑制，而且可對低頻率噪聲電流In(小電流)進(jìn)行抑制。
下面，將對與電感器12并聯(lián)連接的電阻器11的必要性進(jìn)行說明。
眾所周知，作為電路元件的線圈電感器的指示符號(hào)為電感L。然而，更嚴(yán)格地說，它由復(fù)合兩端子電路表示，其中，由電阻R和電感L組成的串聯(lián)兩端子電路與并聯(lián)電容C’連接。此處，當(dāng)諸如鐵氧體或硅鋼那樣的磁性材料用作芯材料時(shí)，電阻R表明磁性損耗，并且并聯(lián)電容C’表明在線圈線(coil wire)之間產(chǎn)生的雜散電容。因此，當(dāng)電感器12用作電路元件時(shí)，產(chǎn)生L和C’的并聯(lián)諧振。也就是說，電路元件的阻抗|Z|被給出如下，條件是諧振角頻率ω為ω=1/(L/C′):]]>|Z|={R2+(ωL)2}/{(1-ω2LC′)}2+(ωRC′)2}···(15)]]>此處，|Z|的最大值被給出如下|Z|={R2+(ωL)2}/RωC′···(16)]]>并且，針對把該高值表示為1＜＜ω2LC’的各頻率，|Z|被給出如下 ={R2+(ωL)2}/[ωC′{R2+(ωL)2}]=1/ωC′···(17)]]>因此，該電路元件是僅具有雜散電容的元件。并且，隨著線圈線的圈數(shù)增加以獲得較大電感，雜散電容也增加，使得用作電感器的角頻率降低。
圖4是示出電感器12的頻率-阻抗特性的一例的圖。以下將參照圖1和圖4進(jìn)行說明。
圖4示出了對鐵氧體環(huán)形芯盤繞100圈或80圈以便具有電感器12的結(jié)果，該電感器12由阻抗分析器來測量。在100圈的情況下，阻抗以約320kHz進(jìn)行諧振，在80圈的情況下，阻抗以約470kHz進(jìn)行諧振。在1MHz～2MHz之間的區(qū)域內(nèi)，|Z|表示具有1/ωC的形狀的特性曲線。對于等于或大于5MHz的頻率，|Z|的值表明振動(dòng)波形。由于電感器12用作螺旋天線，因而|Z|的該振動(dòng)現(xiàn)象被認(rèn)為是顯示出來的。
因此，通過把電阻器11與電感器12并聯(lián)連接，對作為天線的操作現(xiàn)象進(jìn)行抑制，并使包括商用頻率在內(nèi)的高頻率噪聲在電阻器11內(nèi)耗散。
圖5示出了當(dāng)電阻器11與電感器12并聯(lián)連接時(shí)的頻率-阻抗特性的一例的圖。以下將參照圖1和圖5進(jìn)行說明。
圖5示出了對鐵氧體環(huán)形芯盤繞100圈以便具有電感器12的結(jié)果，該電感器12與300Ω或3000Ω的電阻器11連接，并由阻抗分析器來測量。從圖5可知，對于等于或小于1kHz的頻率，噪聲濾波器10期望在其功能方面用作電感。針對等于或大于1kHz的噪聲頻率，其作為電阻器的功能增加。并且，在電感器12按照高頻帶內(nèi)的振動(dòng)波形來改變阻抗值的現(xiàn)象中，最大值和最小值根據(jù)芯材料的形狀、磁性特性的波動(dòng)、線圈線的線直徑、圈數(shù)、盤繞方式等而變化。因此，在噪聲濾波器10中，需要電阻器11，以便對從波動(dòng)中產(chǎn)生的降噪效果的變動(dòng)進(jìn)行修改。
圖6是示出噪聲濾波器10的效果的一例的圖。以下將參照圖1和圖6進(jìn)行說明。
圖6示出了在噪聲濾波器10裝設(shè)到大型電子設(shè)備上之前和之后的頻率-噪聲電流特性。在裝設(shè)噪聲濾波器10之前，噪聲電流In在接地線74上大規(guī)模感應(yīng)。當(dāng)裝設(shè)噪聲濾波器10時(shí)，噪聲電流In顯著減少。例如，可識(shí)別在商用頻率左右對噪聲電流值的38db的減少效果。這表明作為噪聲濾波器工作良好。
下面，將參照圖1(b)和圖7對電阻器11的電阻R的下限進(jìn)行說明。
假定噪聲電流In的角頻率為ω[rad]、電感器12的電感為L[H]、電阻器11的電阻為R[Ω]、以及電子設(shè)備75的接地電容為C[F]，則從電源側(cè)(噪聲源)觀察的電路的輸入阻抗Zin被給出如下Zin＝j(luò)RωL/(R+jωL)-j(1/ωC)＝{jRω2LC-j(R+jωL)}/{ωC(R+jωL)}＝[RωL(ω2LC)-j{R2+(ωL)2-R2ω2LC}]/[ωC{R2+(ωL)2}]…(18)此處，在公式(18)中的虛數(shù)為0的情況下，在角頻率ωr的附近產(chǎn)生串聯(lián)諧振。因此，假定R2+(ωL)2-R2ω2LC＝0…(19)則以下公式成立ωr=1/(R2LC-L2)···(20)]]>為了避免串聯(lián)諧振現(xiàn)象，公式(20)必須為虛數(shù)，簡言之，根號(hào)內(nèi)部必須為(R2LC-L2)≤0。也就是說，電阻器11的電阻必須滿足R≤(L/C)···(21)]]>的條件。
另一方面，圖7示出了通過改變電阻器11的電阻R來對圖1(b)的阻抗Zin的頻率特性進(jìn)行測量的圖。對于該測量，使用阻抗分析器，并把條件設(shè)定成使L＝13.5[mH]，以及C＝0.47[μF]。把R設(shè)定成具有九個(gè)值，即25[Ω]，100[Ω]，400[Ω]，600[Ω]，800[Ω]，1[kΩ]，1.3[kΩ]，1.7[kΩ]和2[kΩ]。
此處，在不發(fā)生公式(21)中的R≤(L/C)]]>的串聯(lián)諧振的條件下，R≤170的關(guān)系成立。在圖7中，在25[Ω]的情況下，如果滿足該條件，則不發(fā)生串聯(lián)諧振。然而，在等于或大于400[Ω]的情況下，如果未滿足該條件，則識(shí)別出2[kHz]的串聯(lián)諧振現(xiàn)象。隨著電阻R增加，串聯(lián)諧振頻率的阻抗Zin減少，而在頻率比串聯(lián)諧振頻率高的范圍內(nèi)的阻抗Zin逐漸增加。
如上所述，對于滿足條件R≤(L/C)]]>的R，不產(chǎn)生串聯(lián)諧振，但是比諧振頻率高的頻率不能被良好抑制。對此，假定R>L/C···(22).]]>公式(22)的條件可以與公式(5)、(6)、(7)、(13)等的條件一起使用。
例如，假定噪聲電流In的下限角頻率為ωn[rad]，則可從公式(13)中獲得R＜2ωn2L。把該公式與公式(22)進(jìn)行組合，可以使以下關(guān)系成立(L/C)<R<2ωn2L]]>(條件是C＞1/(4ωn4L))…(23)圖8(a)是示出根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器的第二實(shí)施例的電路圖。以下將參照圖8(a)進(jìn)行說明。該圖中與圖1(a)中相同的部件由相同參考編號(hào)表示，并省略其說明。
在本實(shí)施例的噪聲濾波器30中，第一實(shí)施例(圖1(a))的電阻器11是可變電阻器31。根據(jù)裝設(shè)有噪聲濾波器30的電子設(shè)備，接地電容C發(fā)生波動(dòng)。即使在該情況下，通過改變可變電阻器31的電阻，也能適當(dāng)調(diào)整諧振頻率的波動(dòng)。
圖8(b)是示出根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器的第三實(shí)施例的電路圖。以下將參照圖8(b)進(jìn)行說明。該圖中與圖8(a)中相同的部件由相同參考編號(hào)表示，并省略其說明。
在本實(shí)施例的噪聲濾波器40中，第二實(shí)施例的可變電阻器31與固定電阻器41連接。根據(jù)裝設(shè)有噪聲濾波器40的電子設(shè)備，接地電容C發(fā)生波動(dòng)。即使在該情況下，通過改變可變電阻器31的電阻，也能適當(dāng)調(diào)整諧振頻率的波動(dòng)。
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的噪聲濾波器的第四實(shí)施例的透視圖。以下將參照圖9進(jìn)行說明。由于本實(shí)施例采用與圖8(a)相同的電路，因而該圖中與圖8(a)中相同的部件由相同參考編號(hào)表示，并省略其說明。
本實(shí)施例的噪聲濾波器50包括作為電感器的環(huán)形芯12和可變電阻器31，兩者彼此并聯(lián)連接。在由環(huán)形線圈12和可變電阻器31組成的并聯(lián)電路中，一個(gè)端子通過連接器51接地，另一端子通過連接器52與電子設(shè)備連接。因此，噪聲濾波器50是用在接地線上的兩端子噪聲濾波器。由環(huán)形線圈12和可變電阻器31組成的并聯(lián)電路被容納在框架53內(nèi)?？蚣?3采用例如鋁之類的金屬或?qū)щ娝芰现瞥伞?br> 并且，可變電阻器31配置在環(huán)形線圈12的中心。也就是說，可變電阻器31被容納在環(huán)形線圈12的中心空間內(nèi)，以便有效利用框架53內(nèi)的空間。
并且，用于改變可變電阻器31的電阻的旋轉(zhuǎn)軸(電阻改變裝置)54設(shè)置在使其可從框架53的外部進(jìn)行操作的位置。在該構(gòu)成中，通過從框架53的外部來操作旋轉(zhuǎn)軸54，可容易調(diào)整接地電容C的波動(dòng)。具體地說，由于框架53設(shè)有通孔55，因而可從通孔55插入平頭螺絲刀，以使旋轉(zhuǎn)軸54容易旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)裝設(shè)有噪聲濾波器50的電子設(shè)備，接地電容C的值發(fā)生波動(dòng)。因此，在噪聲濾波器50裝設(shè)到電子設(shè)備之后，通過操作旋轉(zhuǎn)軸54，可獲得期望衰減特性。
權(quán)利要求
1.一種噪聲濾波器，包括接地線，其用于把在電子設(shè)備上產(chǎn)生的短路電流放電到大地；電感器，其對在接地線上感應(yīng)的、從接地線流入電子設(shè)備的噪聲電流進(jìn)行抑制；以及電阻器，其與所述電感器并聯(lián)連接；其中，假定噪聲電流的下限角頻率為ωn[rad]、電感器的電感為L[H]、電阻器的電阻為R[Ω]、以及電子設(shè)備的接地電容為C[F]，則(L/C)<R<2ωn2L]]>(條件是C＞1/(4ωn4L))的關(guān)系成立。
2.一種噪聲濾波器，包括接地線，其用于把電子設(shè)備上產(chǎn)生的短路電流放電到大地；電感器，其對接地線上感應(yīng)的、從接地線流入電子設(shè)備的噪聲電流進(jìn)行抑制；以及電阻器，其與所述電感器并聯(lián)連接；其中，電感器具有磁飽和特性，依靠該磁飽和特性，電感器用作由短路電流引起磁飽和的電路元件，并把來自電子設(shè)備的短路電流放電到接地線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噪聲濾波器，其中，電阻器對由電子設(shè)備和大地之間的接地電容與電感器的串聯(lián)諧振引起的諧振頻率電流進(jìn)行抑制，并使貯存在電感器內(nèi)的電功率耗散。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噪聲濾波器，其中，假定噪聲電流的下限角頻率為ωn[rad]、電感器的電感為L[H]、電阻器的電阻為R[Ω]、以及電子設(shè)備的接地電容為C[F]，則(L/C)<R<2ωn2L]]>(條件是C＞1/(4ωn4L))的關(guān)系成立。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噪聲濾波器，其中，假定電源電流的角頻率為ωp[rad]、噪聲電流的下限角頻率為ωn[rad]、電感器的電感為L[H]、以及電阻器的電阻為R[Ω]，則10(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/10的關(guān)系成立。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噪聲濾波器，其中，假定電源電流的角頻率為ωp[rad]、噪聲電流的下限角頻率為ωn[rad]、電感器的電感為L[H]、以及電阻器的電阻為R[Ω]，則100(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/100的關(guān)系成立。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噪聲濾波器，其中，假定電源電流的角頻率為ωp[rad]、噪聲電流的下限角頻率為ωn[rad]、電感器的電感為L[H]、以及電阻器的電阻為R[Ω]，則1000(ωp·L)＜R＜(ωn·L)/1000的關(guān)系成立。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噪聲濾波器，其中，由電感器和電阻器組成的并聯(lián)電路形成為使一個(gè)端子通過接地線接地，并使另一端子與電子設(shè)備連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噪聲濾波器，其中，當(dāng)短路電流為25[A]時(shí)，噪聲濾波器的阻抗等于或小于0.1[Ω]。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噪聲濾波器，其中，當(dāng)噪聲電流的頻率為10[kHz]時(shí)，電感器的電抗等于或大于2[kΩ]。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噪聲濾波器，其中，電阻器是可變電阻器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噪聲濾波器，其中，電感器是環(huán)形線圈，由環(huán)形線圈和可變電阻器組成的并聯(lián)電路被容納在框架內(nèi)，可變電阻器配置在由環(huán)形線圈的內(nèi)周壁圍繞的空間內(nèi)，以及用于改變可變電阻器電阻的電阻改變裝置設(shè)置在能夠從框架外部進(jìn)行操作的位置。
13.一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括在權(quán)利要求1～12中的任何一項(xiàng)所述的噪聲濾波器。
全文摘要
本發(fā)明的噪聲濾波器包括彼此并聯(lián)連接的電感器和電阻器。電源頻率電流不通過電阻器，而是通過電感器且無損耗。另一方面，包括諧振頻率在內(nèi)的高頻率噪聲電流不通過電感器，而是在電阻器內(nèi)耗散。因此，噪聲濾波器不貯存噪聲功率，因此不會(huì)遇到由于放電功率引起的問題。由噪聲濾波器和接地電容引起的諧振頻率電流也在電阻器內(nèi)耗散。因此，不存在由諧振頻率電流引起的問題。
文檔編號(hào)H03H7/09GK1578128SQ200310123229
公開日2005年2月9日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者寺川隆成, 山中英幸 申請人:Emc株式會(huì)社