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ディファレンシャルモード EMIフィルタ

SMPS出力フィルタリングのためのディファレンシャルモードLC EMIフィルタを設計します。

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公式

f₀ = 1/(2π√L_DM C_DM)

仕組み

ディファレンシャルモード（DM）EMIフィルタは、ディファレンシャルモードノイズ（2つの電源導体（ラインとニュートラル）を反対方向に対称的に流れるノイズを減衰するLCローパスフィルタです。SMPS 出力フィルタでは、スイッチングリップル電流から差動モードノイズが発生します。このフィルタは直列インダクタ L とシャントコンデンサ C: f= 1/ (2π √LC) を使用しており、減衰量は fよりもA = −40·log( f/f) dB 大きくなります。エネルギー伝達効率を最大化し、反射を最小限に抑えるには、特性インピーダンス Z= √ (L/C) をソース/負荷インピーダンスに一致させる必要があります。CISPR 伝導エミッションでは、150 kHz 以上でフィルタが十分な減衰を行う必要があります。SMPS 出力リップルフィルタとメイン入力 EMI フィルタの両方に同じ LC 構造が使用されています。

計算例

問題: 50Ωの負荷に対してコーナー周波数が50kHzの差動モードフィルターを設計します。150 kHz ではどの程度の減衰が発生しますか?
解決策:
1。L = 47 μH、C = 0.47 μF と仮定すると、
2. f= 1/ (2π √ (47×10× 0.47×10)) = 1/ (2π × 4.70×10) = 1/ (2.95×10) = 33.8 kHz
3.150 kHz での減衰: 周波数比 = 150/33.8 = 4.44; A = −40·log( 4.44) = −40 × 0.647 = −25.9 dB
4.特性インピーダンス: Z= √ (47×10/0.47×10) = √100 = 10 Ω
結果: このフィルタは、10 Ω の特性インピーダンスで 150 kHz で -26 dB の電流を供給します。50 Ω のシステムでは、33.8 kHz での共振ピークを防ぐために、ダンピングを追加する必要がある場合があります。

実践的なヒント

  • ✓問題の最も低い周波数で40 dBを超える減衰が必要な場合は、差動モードのフィルタリングにパイフィルタトポロジー (C-L-C) を使用してください。
  • ✓共振ピーキングを防ぐために、メイン・フィルタ・コンデンサの両端に小さなダンピング抵抗 (R≈Z/5) を2つ目のコンデンサと直列に接続します。
  • ✓フィルターを取り付けた後に伝導エミッションを測定して、特定の周波数でエミッションを悪化させる共振が発生しないことを確認します。

よくある間違い

  • ✗差動モードフィルタとコモンモードフィルタはわかりにくいですが、DMフィルタはLとNの間のノイズのみを処理し、L/NからPEのコモンモードノイズにはCMCが必要です。
  • ✗安全認証なしでCが大きすぎる選択—主電源の両端に使用するX2コンデンサはIEC/UL安全定格である必要があります。標準のセラミックコンデンサは主電源に安全ではありません。
  • ✗直列インダクタの飽和電流は無視してください。SMPSアプリケーションでは、インダクタは全負荷電流とピークリップル電流を飽和させずに処理する必要があります。

よくある質問

DMフィルタ (インダクタ+コンデンサ) は、同じ電流と反対の電流の2つの電源導体間に発生するノイズを減衰させます。コモンモードチョークは、両方の導体に同時に同じ方向に流れるノイズに対して高いインピーダンスを示します。一般に、伝導エミッションを完全に抑制するには両方が必要です。
150 kHz で始まる CISPR 伝導エミッションの場合、フィルタのコーナー周波数は通常20～50 kHzで、150 kHz で減衰量は 20 ～ 30 dB になります。正確な値は、SMPS からの差動モードノイズのレベルによって異なります。
はい、これは実際に行われています。コモンモードチョークはコモンモード電流に対して高いインピーダンスを与え、差動モード電流はわずかな漏れインダクタンスで流します。リークインダクタンスは差動モードインダクタとして機能し、部分的な DM フィルタリングを行います。多くの設計では、CMCの漏れインダクタンスは特定のDMインダクタンスを供給するように意図的に設計されています。

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