LC EMI フィルタ設計計算ツール
伝導性エミッションを抑制するためのLCローパスEMIフィルターを設計し、ストップバンドでのインダクタンス、キャパシタンス、フィルター次数、および減衰量を計算します。
公式
参考: Williams & Taylor, "Electronic Filter Design Handbook" 4th ed.
仕組み
LC EMIフィルタカリキュレータは、CISPR 32/22（IT機器）、CISPR 11（産業用）、およびFCC Part 15認証に不可欠な伝導エミッションコンプライアンス用のローパスフィルタを設計します。EMCのエンジニアはこれを利用して、安定した電力供給を維持し、フィルタの共振問題を回避しながら、150 kHz（CISPR下限）で20〜60 dBの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、2次LCローパス・フィルタは、カットオフ周波数 f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (L x C)) よりも高い 40 dB/ディケードの減衰量をもたらします。150 kHz で 40 dB の減衰を行うには、カットオフは f0 = 150 kHz /10^ (40/40) = 15 kHz でなければなりません。共振によるピーキングを防ぐために、特性インピーダンス Z0 = sqrt (L/C) はソース/負荷インピーダンス (LISN 測定の場合は 50 オーム) と一致する必要があります。
CISPR 32 クラス B は、LISN (ラインインピーダンス安定化ネットワーク) を使用して、66 dBuV (150-500 kHz)、56 dBuV (500 kHz-5 MHz)、60 dBuV (5-30 MHz) で伝導エミッションを制限します。プリコンプライアンス測定では通常、SMPSのエミッションが70～90 dBuVと示されており、20～30 dBのフィルタ減衰量に加えて、測定の不確実性と製造上のばらつきに備えて、6〜10dBのマージンが必要です。
フィルタのトポロジーが重要:PI フィルタ (C-L-C) は60 dB/ディケードで、T フィルター (L-C-L) はロールオフは同じですが、同相ノイズ除去性能は優れています。Ottによると、メインフィルタはコモンモードチョーク（CMノイズ対策）とXコンデンサ（ラインニュートラル間のDM）およびYコンデンサ（CMと接地）を組み合わせたものです。完全なEMIフィルタ・モジュールは、これらを安全認定パッケージに統合しています。
計算例
問題:150 kHz で 82 dBuV を示す 200 W SMPS 用の LC フィルターを設計します。CISPR 32 クラス B の制限は 66 dBuV です。50 オームの LISN リファレンスです。
オットあたりのソリューション: 1.必要な減衰量:82-66 = 16 dB、プラス 6 デシベルマージン = 22 dB（150 kHz） 2.2 次 LC の場合:A = 40 x log10 (f/f0); 22 = 40 x log10 (150/f0); f0 = 150/10^0.55 = 42 kHz 3.特性インピーダンス:Z0 = 50オーム (LISNに一致する場合) 4.L = Z0/ (2 x pi x f0) = 50/ (2 x pi x 42000) = 189 uH; 220 uH 標準値を使用 5.C = 1/ (2 x pi x f0 x Z0) = 1/ (2 x pi x 42000 x 50) = 76 nF; 100 nF X2 コンデンサを使用 6.f0: f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (220e-6 x 100e-9)) = 34 kHz (値が低いほど減衰量が大きくなる) 7.150 kHz での減衰量:A = 40 x log10 (150/34) = 40 x 0.64 = 26 dB (22 dB 要件を満たしています)
コンポーネント:220 uH インダクタ (DC定格1A以上、飽和電流2A以上)、100nF X2コンデンサ (定格250VAC定格)。フィルターの合計費用は約2～5ドルです。
実践的なヒント
- ✓主電源アプリケーションには市販のEMIフィルタモジュールを使用してください。これらのモジュールには安全認証済みのX/Yコンデンサが含まれており、UL/IECのリーク電流制限（IEC 60950あたり3.5mA未満）を満たしています。カスタム設計には安全認証が必要です。
- ✓フィルタを電源の入力ポイント（IECインレットまたはDCジャック）に配置します。内部配線後にフィルタリングを行うと、Henry Ottのレイアウトガイドラインに従って、ノイズがフィルタに到達する前に内部ケーブルに結合します。
- ✓フィルターを取り付けた状態で測定し、共振がないことを確認します。LCフィルターQはf0でピークを発生させ、エミッションを悪化させる可能性があります。ピーキングが見られる場合は、C と並列にダンピング抵抗 (R = Z0/3 ～ Z0) を追加します。
よくある間違い
- ✗インダクタの飽和電流を無視すると、フェライトコアインダクタは飽和時に50〜80％のインダクタンスを失い、f0が上にシフトして減衰が10〜20dB減少します。Wurth アプリケーションノートによると、i_SAT のピーク動作電流の 2 倍以上を選択するようにしてください。
- ✗EMIフィルタリングに電解コンデンサを使用する — 電解コンデンサのESRは0.1～1オーム、ESLは5～20nHで、100kHzを超えると効果が制限されます。CISPR 32 フィルタ設計ガイドラインに従い、X2/Y2 フィルムまたは MLCC コンデンサを使用してください。
- ✗必要な減衰量を正確に満たすようにフィルターを設計します。Ottあたり、製造時のばらつき、温度ドリフト、および測定の不確かさを考慮して、6〜10 dBのマージンを追加します。プリコンプライアンス設定では標準で+/-6 dBの不確かさがあります。
よくある質問
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