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コモンモードチョーク インピーダンス

EMCフィルタ設計のためのコモンモードチョークのインピーダンス、挿入損失、Q値を計算します。

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公式

Z = 2π × f × L, IL = 20·log₁₀((Z+50)/Z)

L — Inductance (H)
f — Frequency (Hz)

仕組み

コモンモードチョーク（CMC）は、1つのトロイダルコアまたはドラムコアに巻かれた2巻線のインダクタで、差動モード電流は磁気的に相殺され、コモンモード電流はインダクタンスが完全に流れます。周波数fでは、コモンモードインピーダンスはZ = 2φFL、Lはインダクタンス (電力線フィルタでは通常100μH～10mH) です。50 Ω システムの挿入損失は IL = 20·log( Z/ (Z+50)) です。Q 係数 Q = Z/DCR はチョークの損失の度合いを示します。Q 値が高いほどチョークの反応性が高くなり、Q が低い (損失の多いフェライト) と広帯域が抑制されます。CMCは、150 kHzを超えるCISPR 22/25制限を対象として、電力線、データケーブル、およびUSBインターフェイス上の伝導コモンモードノイズに対する主要な防御手段です。

計算例

問題: コモンモードチョークのL = 1 mH、DCR = 0.5 Ωです。150 kHz でのインピーダンス、挿入損失、Q はどのくらいですか?
解決策:
1。インダクタンスを変換する: L = 1 mH = 1×10³ H
2.インピーダンス: Z = 2π × 150,000 × 1×10³ = 942 Ω
3.挿入損失 (50 Ω システム): IL = 20·log( 942/ (942+50)) = 20·log( 0.950) = −0.45 dB
4.Q ファクター: Q = 942/0.5 = 1884
結果: チョークは CISPR の下限である 150 kHz で 942 Ω の電流を供給します。これは広帯域抑制が良好であることを示しています。Q が高いということは、この周波数では損失が低く、主に反応性部品であることを示しています。

実践的なヒント

  • ✓飽和を防ぐために、定格DC電流がピーク負荷電流を少なくとも 25% 上回るCMCを選択してください。
  • ✓USBまたは信号ラインの場合は、信号波形の歪みを防ぐために、カットオフ差動インピーダンスが5Ω未満のCMCを使用してください。
  • ✓CMCをケーブルコネクタのできるだけ近くに配置して、コモンモード電流がPCBのグランドプレーンに入る前に遮断します。

よくある間違い

  • ✗負荷電流によるDCRの電圧降下は無視してください。5Aの負荷で1ΩのDCRでは、5Vのシステムでは許容できない5Vの電圧降下が発生します。
  • ✗100 MHzのデータシートのインピーダンスを用いて150kHzに推定すると、フェライトの透磁率は高周波で急激に低下します。インピーダンス対周波数の曲線を使用してください。
  • ✗DC負荷電流でコアを飽和させる — 定格DC電流を確認し、その電流でインダクタンスが仕様どおりになっていることを確認します。

よくある質問

コモンモードチョーク（CMC）は2つの結合巻線を備えており、特に差動モード信号を通過させる際のコモンモードノイズを対象としています。フェライト・ビーズは単一巻線の損失の多いインダクタで、コモンノイズと差動ノイズの両方を減衰させます。CMC は差動信号ペア (USB、イーサネット、電源ライン) に使用され、フェライトビーズは単一電源または信号ラインに使用されます。
高周波数では、フェライトコアの透磁率が低下し、巻線間の静電容量がバイパス経路を形成します。インピーダンスは自己共振周波数でピークに達し、その後低下します。データシートのインピーダンス対周波数の曲線全体を必ず確認してください。
はい。ただし、CMCの差動モードインピーダンスは非常に低く（5Gbps周波数で3Ω未満）、EMCの問題周波数では十分な同相インピーダンスを備えている必要があります。USB 3.0 専用の CMC を探すか、CMC と個別のフェライトビーズを組み合わせて使用してください。

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