コモンモードとディファレンシャルモードのEMCノイズ
EMCのエンジニアは、適切なフィルタリング手法を選択するために、コモンモードノイズと差動モードノイズを区別する必要があります。コモンモードノイズは両方の電源導体で同じ方向に流れ、差動モードノイズは反対方向 (信号と同様) に流れます。モードごとに異なるフィルタトポロジが必要です。つまり、CM ノイズにはコモンモードチョーク、DM ノイズにはコンデンサが必要です。
コモンモード (CM) ノイズ
コモンモードノイズは、グランドを基準にして両方の導体で同じ振幅の同相ノイズとして現れます。L と N の両方 (または両方の信号線) は同じ干渉信号を伝送します。CMノイズは、アンテナとして機能するケーブルに容易に結合するため、EMCの障害モードとして主流になることがよくあります。
Advantages
- 両導体の周囲にCM電流プローブを取り付けることで識別可能
- コモンモードチョーク (CMC) による効果的なフィルタ
- Yコンデンサ（ラインとグランド）はCMノイズを減衰します
Disadvantages
- CMノイズにはグランド・リファレンスが必要—フローティング回路には重大なCM問題が生じる可能性がある
- 長いケーブルはCMアンテナの役割を果たします。CM電流が30dBmを超えると、FCCに障害が発生する可能性があります
- スイッチング電源のリターン電流は主にCM
When to use
FCC/CEの放射放射または伝導エミッションが故障した場合、特にスイッチング周波数の高調波が発生した場合は、CMノイズに対処してください。伝導エミッションの最初の解決策として CM チョークを使用してください。
ディファレンシャルモード (DM) ノイズ
差動モードノイズは、不要な信号のように、2つの導体間の極性の反対のノイズとして現れます。スイッチングリップル電流 (バックコンバータのインダクタリップル電流) は主にDMです。DM ノイズは、低周波数での伝導エミッションの主な原因です。
Advantages
- ライン全体のコンデンサ（ACシステムのXコンデンサ）によるフィルタ
- 各導体の直列インダクタはDMノイズを減衰します
- CMノイズよりもモデル化と計算が容易
Disadvantages
- DMフィルタコンデンサは、漏れ電流安全要件（AC電源）によって制限されます
- 高周波数では、DMコンデンサの寄生インダクタンスが減衰を制限します。
- DMチョークは、フラックスキャンセル要件のため、CMチョークよりも効果が低くなります
When to use
基本スイッチング周波数と低次高調波で伝導エミッションが失敗した場合のDMノイズに対処します。X コンデンサと差動インダクタを使用してください。
Key Differences
- ▸CM ノイズ:両方の導体が (グランドに対して) 同じ位相のノイズを帯びる。DM: 導体は反対の位相ノイズを帯びる
- ▸CMチョーク（バイファイラー巻線）はCMをブロックするがDM電流は流すため、差動信号には影響しない
- ▸X コンデンサ (ライン間) フィルタ DM; Y コンデンサ (ライン-グランド) フィルタ CM
- ▸スイッチングリップル電流 = DM、スイッチング高調波からのケーブル放射 = 通常はCM
- ▸FCC Part 15B 放射性エミッション障害は、多くの場合、アンテナとして機能するケーブルに組み合わされた CM ノイズです。
Summary
通常、スイッチング周波数と低高調波では差動モードノイズが支配的になり、周波数が高くなるとコモンモードノイズが支配的になり、放射エミッションが発生します。完全なEMIフィルタは、伝導DMにはXコンデンサとDMインダクタ、CMチョークにはXコンデンサとCMインダクタ、CMにはYコンデンサの両方に対応します。コンポーネントを追加する前に、電流プローブの故障の原因となっているモードを特定してください。
Frequently Asked Questions
コモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズの測定方法を教えてください。
電流プローブ（クランプオン）を両方の導体の周りに合わせて使用して、CM電流を測定します（CMは両方のワイヤで同じように流れるため、合計されます）。DM を測定するには、導線を 1 本だけ挿入してください。あるいは、LISN を使用し、CM/DM 分離ネットワークを使用してスペクトラムアナライザで測定することもできます。
コモンモードチョークとは
コモンモードチョークは、フェライトトロイドのバイファイラ巻線です。信号/電源電流 (DM) は逆方向に流れ、磁束を打ち消すため、チョークの DM のインダクタンスはほぼゼロになります。CM電流は同じ方向に流れ、磁束が加わるため、チョークはCMノイズに対して高いインピーダンスを示します。
Yコンデンサはなぜ安全規格なのですか？
Yコンデンサはラインをグランド（保護アース）に接続します。Y コンデンサに障害が発生してもショックの危険が生じるようなことがあってはなりません。そのため、Y コンデンサは安全マージンのあるライン電圧で定格されています。IEC Y1コンデンサの定格は最大AC500ボルト、Y2は最大300ボルトのAC定格です。リーク電流を制限するため、値は通常2.2～10 nFに設定されています。
シールドはコモンモードノイズの対策に役立ちますか？
接地シールド付きのシールドケーブルは、CM電流の低インピーダンスのリターンパスを提供することにより、CMノイズを低減します。シールドは CM ノイズを遮断して発生源近くのグランドに戻し、放射を防ぎます。低周波 CM の場合はシールドの両端を接地し、高周波シールドの場合は少なくとも一端を接地する必要があります。