低周波は、差動モードとコモンモードフィルタリングの 2 つの部分から発生します。

差動モード フィルタリングは、電流リターン ラインの電源ライン上のノイズを低減しようとします。

これは、その電源ライン上のノイズがシェルとリターンラインに存在することを意味します。 したがって、フィルタリングの目的は、それがシェルから出る前にループにシャントして、それが戻ってきて測定できないようにすることです。 電源ラインにインダクタを設置して電源の流出を防ぎ、電源とリターンラインの間にコンデンサを設けて低インピーダンスのチャネルにノイズを与えます。 通常、商用テストでは LISN (Line Impedance Stabilization Network) が使用されます。テストされた電源は、インダクタとコンデンサを介して LISN に接続され、50 Ω の電源インピーダンスを提供します。

場合によっては、ノイズが非常に小さいため、インダクタンスが必要ない場合もあります。コンデンサと 50 Ω 抵抗は、ほとんどのノイズを伝達するのに十分な分圧パスを形成します。 この回路が動作するには、コンデンサの ESR を制限する必要があります。 積層コンデンサやメタライズドプラスチックコンデンサを試してください。

数値を選択

差動モードのフィルタリングを次の回路に示します。

2次LC回路で構成されています。 測定により、フィルタをかける前のノイズのスペクトルがわかり、同時に設計する 40 次フィルタがノイズを XNUMX dB/Dec で減衰させることがわかります。 これは、フィルターの転換点を決定する開始点です。

まず、最低周波数の差動モード成分を見つけます。 たとえば、20kHz で 100dB。 すると、そのスター周波数は 100kHz/10 ＝30kHz になります（XNUMX つの極の平方根のため）。

次に、ノイズ (30kHz) の頂点に 40dB/Dec の傾きを持つ直線を描きます。 他にピーク点がない場合、フィルターの共振周波数は 30kHz です。 LCパラメータを選択します。 LC パラメータには多くの選択肢があり、インダクタの価格はコンデンサよりも高価であるため、価格と損失を考慮して選択する必要があります。

コモンモードフィルタリング

コモンモードフィルタは、選択できる種類が少ないため、ディファレンシャルモードフィルタよりも設計が容易です。
コモンモードフィルタ：コモンモード容量 (業界では Y 容量と呼ばれます。 X は差動モード容量)+コモンモードチョークです。

下の図に示すように：

コモンモードコンデンサはラインをグランドに分流しますが、コモンモードチョークは平衡インピーダンスを提供します。つまり、ソースとリターンラインに同じインピーダンスを提供し、コモンモードノイズに対して高インピーダンス経路を提供します。 。差動モードのインダクタンスの場合、それはゼロです。

数値選択

コモンモード差動モード選択要素とは対照的に、ここでのコンデンサはインダクタよりも高価です。理由は 2 つあります。

1.コンデンサ接地は瞬間3kV、場合によっては6kVの電圧にも耐えなければならないので、非常にかさばります。また、流れる電流の値には厳格な安全制限があり、コモンモード コンデンサに適用できる最大値が制限されており、通常は数ナノファラッドです。

したがって、最大許容静電容量を選択し、以前に決定したものと同じテクノロジーを適用します。 LC の場合、同じ手順を使用してインダクタンス値を決定します。大きなコモンモードチョーク値を計算してもパニックにならないでください。コモンモードチョークの2つのコイルには同じ電流が流れますが、正味の電流はないようです。飽和せずに多くのターン。

2.必要なインダクタンスを計算する場合、コモンモードコンデンサを 2 つ並列に接続し (値は 2 倍になります)、コモンモードチョークのコイルを 2 つ直列に接続します。

したがって、、2 倍のターンと 4 倍のインダクタンスを取得します。 これにより、さらに 8 倍のノイズ抑制効果が得られます。静電容量は9.4nF、インダクタンスは4mH、カットオフ周波数は26kHzです。

静電容量と制限

静電容量には対応する周波数制限があり、EMI フィルタリングでの用途が制限されます。 電解コンデンサはかなりの ESR を持っています。これは、RC 周波数を超えると抵抗とみなされ、極ではなくなることを意味します。

たとえば、静電容量 = 100 μ f ESR = 100 mΩ、これは 16kHz の周波数で抵抗になります。 EMI 制御には使用されなくなりました。

実際、EMI フィルタにはセラミックまたはプラスチックのコンデンサがよく使用されます。

また、リード線のインダクタンスによっても制限されます。

1 μF コンデンサは 1MHz 以下でのみ有効です。

1MHzを超えると、10nFのコンデンサを使用すると100MHzに達します。

ノイズを抑えるために、1μF、100nF、10nFを並列に使用できます。

インダクタンスにも制限があります（コイル抵抗は電力損失には良くありませんが、ノイズ抑制には明らかな影響を与えません）。

最も重要な制限は、インダクタと並列に接続される可能性がある分布容量です。 特定の周波数を超えると、容量性リアクタンスは誘導性リアクタンスよりも低くなり、この周波数を超えると、インダクタンスはノイズをブロックしなくなります。

例: 1mH の静電容量が 100pF であると仮定します。 その後、その誘導インピーダンスは約 500kHz を超えると増加が止まり、実際には減少します。 当然のことながら、インダクタンスが小さいほど分布容量は小さくなり、カットオフ周波数は高くなります。

2 つのインダクタはインダクタンスを増やすために直列に接続され、それらのコンデンサは静電容量を減らすために直列に接続されるため、1 つの大きなインダクタの代わりに 2 つのインダクタを直列に接続することもできますが、これは実際には行われません。バリスタには静電容量があります。多くの設計者は、電力網の過渡電圧を吸収するためにバリスタを必要としています。バリスタは静電容量が小さいため、フィルタリングの一部として使用すると、予期せぬ利得が得られます。注: ソースとアースへのリターンラインの間にバリスタを追加します。バリスタにも漏れ電流があるため、それに応じて Y 容量を減らす必要があります。

1 つの磁気コアを備えた 2 つのインダクタ: コモンモード インダクタとディファレンシャル モード インダクタにより、コストと体積を節約します。ただし、設計では次の点に注意する必要があります。たとえば、コモンモードチョークを片側で 47 回巻いて、ソースラインのもう一方の側をもう XNUMX 回巻く必要があります。このインダクタは依然としてコモンモードチョークですが、現在では、(48 2 -47 2 )AL のインダクタンスを持つ直列インダクタが存在しており、これはそのような磁気コアに XNUMX 回巻く場合のインダクタンスよりもはるかに大きくなります。 ただし、磁気コア内の合成磁場はゼロではないため、磁気コアが最大電流で飽和していないことを確認する必要があります。

100dBの減衰は可能ですか?

低周波フィルタは 2 極フィルタのみを使用するため、高次のフィルタリングにコンデンサ、インダクタ、またはインダクタとコンデンサを 1 つ追加する必要はありません。そのようなフィルタは設計が難しいためです。

商用設計の場合、高次フィルタリングには別のインダクタが必要になるため、製造が困難になります。 特別な状況を除いて、そのようなフィルターは必要ありません。 4 極の減衰は非常に速く、6 極が必要な場合はさらに悪化する可能性があります。インダクタが低周波領域で 60 ～ 80dB 減衰する必要があると計算された場合は、回路の配線を遡って検討するのが最善です。

考えられる方法: スイッチング周波数を上げてフィルタリング要件を軽減します。 コンポーネントの性能には限界があり、実際の PCB レイアウトではビア間の漏れや相互干渉が発生します。下の線と上の線の間では、100dB の減衰が得られます。市販のフィルターを購入することもできます。フィルター自体でより大きな減衰が得られます。主要な商用機器は回路レイアウトの相互干渉を避けることに注意を払い、フィルターを金属シェルに密閉しているためです。もちろん自分で行うこともできますが、費用は高くなります。

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