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。
公式
仕組み
コモンモードチョークカリキュレータは、CISPR 32伝導エミッション準拠、USB/Ethernet EMC、およびメインフィルタの設計に不可欠な差動信号フィルタリングと電力線フィルタリングのインピーダンスと挿入損失を計算します。EMCのエンジニアはこれを使用して、損失が1dB未満の差動信号を通過させながら、20〜40dBのコモン・モード減衰を実現しています。
ヘンリー・オットの「EMC エンジニアリング」によると、CMC は二重巻線インダクタで、差動電流 (等しい大きさ、反対方向) によって相殺される磁束が生成され、目的の信号にほぼゼロのインピーダンスを与えます。コモン・モード電流 (両方の導体の同じ方向) は全インダクタンスLとなり、インピーダンスZ_CM = 2 x pi x f x Lとなります。A 1 mH CMCは、150 kHz (CISPR下限) で942オームのインピーダンスを提供します。
挿入損失 IL = 20 x log10 (Z_CM/(Z_CM + Z_Load))。Z_CM >> Z_Load の場合:IL は 20 x log10 (z_CM/Z_Load) に近づきます。50 オームシステムの 1000 オームの CMC は、IL = 20 x log10 (1000/50) = 26 dB になります。CISPR 32 クラス B では、通常 150 kHz で 15 ～ 25 dB の CM 減衰が必要です。これは 0.5-2 mH の CMC を使用すれば達成可能です。
Q 係数 Q = Z_CM/DCR は、損失と反応性の関係を示します。高Q CMC (Q > 50) は反応性でケーブル容量と共振します。低Q CMC (Q < 10、損失の多いフェライトを使用) は共振の問題なしに広帯域を抑制します。Wurthのアプリケーションノートによると、電力線CMCは損失の多いフェライトを使用し、信号線CMCは差動モードの減衰を最小限に抑えるために高透磁率で低損失のフェライトを使用します。
計算例
問題:CISPR 32 の制限である 66 dBuV に対して 150 kHz で 75 dBuV の CM ノイズが発生する USB 2.0 ポートには CMC を選択してください。負荷インピーダンス 90 オーム (USB 差動)。
Ott あたりのソリューション: 1.必要な減衰量:150 kHz で 75-66 + 6 dB マージン = 15 dB 2.IL = 20 x log10 (Z_CM/Z_Load) > Z_Load; 15 = 20 x log10 (Z_CM/90); Z_CM = 90 x 10^0.75 = 506 オーム 3.必要なインダクタンス:L = Z_CM/ (2 x pi x f) = 506/ (2 x pi x 150000) = 537 uH、680 uHの標準値を使用 4.IL を確認:150 kHz の Z_CM = 2 x pi x 150000 x 680e-6 = 641 オーム; IL = 20 x log10 (641/90) = 17 dB (15 dB 要件を満たす) 5.微分減衰量の確認:漏れインダクタンスは約 2% = 13.6 uH、Z_diff = 2 x pi x 480e6 x 13.6e-6 = 480 MHz で 41 オーム (USB 2.0) 6.ディファレンシャル:20 x log10 ((90+41) /90) = 1.7 dB — USB 2.0 アイマージンでは許容範囲内
選択:Wurth 744272102 (1 mH、1A、0.3 オーム DCR、USB 定格) は 150 kHz で 20 dB の差動損失で 2 dB 未満です。
実践的なヒント
- ✓CMCをコネクタから10mm以内に配置します。CM電流はケーブルの接続点に入ります。CMCをコネクタから離して配置すると、Johnson/Grahamによるフィルタリングの前に内部配線からノイズが放射されます。
- ✓USB 3.0 SuperSpeed（5 Gbps）の場合：目を閉じることのないように、2.5 GHzで差動インピーダンスが3オーム未満のCMCを選択してください。USB-IF設計ガイドによると、標準の電源ラインCMCには大きな差動損失があります。
- ✓CMCの両側のグランドに並列Yコンデンサ（1〜4.7 nF）を追加します。コンデンサは、CMCのインダクタンスが寄生容量によってバイパスされる高周波で低インピーダンスのCMパスを提供します。
よくある間違い
- ✗100 MHzのデータシート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周波数範囲全体で10倍変化します。Wurthあたり、インピーダンス対周波数の曲線は不可欠です。100MHzで2000オームのCMCは、150kHzで200オームしか得られない場合があります。
- ✗DCR 電圧降下は無視してください。1 オームの DCR CMC を 5 A 負荷で使用すると、5 V 低下します。これは 5 V の USB 電源では許容できません。TDK のガイドラインに従い、DCR は電源電圧の 2% 未満を負荷電流で割った値を選択してください。
- ✗DCバイアスによる飽和コア — CMCインダクタンスは定格DC電流で30～ 50% 低下します。2Aの負荷では、定格が3A以上のCMCを選択して、村田製作所の飽和曲線に従って規定されたインダクタンスを維持してください。
よくある質問
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