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EMC

커먼 모드 초크 임피던스

모든 주파수에서 커먼 모드 초크 임피던스, 삽입 손실 및 Q 팩터를 계산할 수 있습니다.CISPR 25 전도 방출 규정 준수를 위한 EMC 필터를 설계하십시오.

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공식

Z=2π×f×L,IL=20⋅log10(∣100Ω+RDC+jZ∣/100Ω)(50Ωsource,50Ωload,CISPR17)Z = 2π × f × L, IL = 20·log₁₀(|100 Ω + R_DC + jZ| / 100 Ω) (50 Ω source, 50 Ω load, CISPR 17)

참고: CISPR 17; Paul, Introduction to Electromagnetic Compatibility, 2nd ed.

L— 인덕턴스 (H)
f— 주파수 (Hz)

작동 방식

커먼 모드 초크 계산기는 CISPR 32 전도 방출 규정 준수, USB/Ethernet EMC 및 메인 필터 설계에 필수적인 차동 신호 및 전력선 필터링의 임피던스와 삽입 손실을 계산합니다.EMC 엔지니어들은 이를 사용하여 손실이 1dB 미만인 차동 신호를 전달하면서 20-40dB 공통 모드 감쇠를 달성합니다.

Henry Ott의 'EMC Engineering'에 따르면 CMC는 차동 전류 (동일한 크기, 반대 방향) 가 상쇄 자속을 생성하여 원하는 신호에 거의 0에 가까운 임피던스를 제공하는 이중 권선 인덕터입니다.공통 모드 전류 (두 도체에서 동일한 방향) 는 전체 인덕턴스 L을 나타내며 임피던스 Z_CM = 2 x pi x f x L을 나타냅니다. 1mH CMC는 150kHz (CISPR 하한) 에서 942옴 임피던스를 제공합니다.

이 계산기는 CISPR 17 시험 시스템, 즉 50옴 소스와 50옴 부하에서 삽입 손실을 구합니다. 직렬로 들어간 초크는 임피던스 Z = DCR + j x 2 x pi x f x L을 100옴 루프에 더하므로 IL = 20 x log10(|100 + DCR + jX| / 100)입니다. 리액턴스는 루프 저항에 산술적으로가 아니라 페이저로 더해집니다. X = 100옴이면 3.01dB, 1mH의 150kHz 리액턴스 942옴이면 19.5dB입니다. 실제 제품에서는 소스와 부하가 LISN과 케이블의 공통 모드 임피던스이므로 회로 내 감쇠량은 이 값과 다릅니다. CISPR 32 클래스 B에는 일반적으로 150kHz에서 15-25dB CM 감쇠가 필요하며, 이 시스템에서는 0.7-2mH CMC로 달성할 수 있습니다.

Q 팩터Q = Z_CM/DCR 는 손실과 반응성을 나타냅니다.Q가 높은 CMC (Q > 50) 는 반응성이 있어 케이블 커패시턴스로 공진할 수 있습니다. 저Q CMC (Q < 10, 손실 페라이트 사용) 는 공진 문제 없이 광대역 억제 기능을 제공합니다.Wurth 애플리케이션 노트에 따르면 전력선 CMC는 손실 페라이트를 사용하고 신호선 CMC는 차동 모드 감쇠를 최소화하기 위해 고투과성, 저손실 페라이트를 사용합니다.

계산 예제

문제: CISPR 32의 제한인 66dBuV에 비해 150kHz에서 75dBuV CM 노이즈를 보여주는 USB 2.0 포트용 CMC를 선택하십시오. 삽입 손실은 CISPR 17 시험 시스템(50옴 소스, 50옴 부하)에서 구합니다.

Ott에 따른 솔루션:

  1. 필수 감쇠: 75 - 66 + 6dB 마진 = 150kHz에서 15dB
  2. IL = 20 x log10(|100 + jX|/100) (DCR 무시). 15dB에는 |100 + jX| = 100 x 10^0.75 = 562옴이 필요하므로 X = sqrt(562^2 - 100^2) = 553옴
  3. 필수 인덕턴스: L = X/(2 x pi x f) = 553/(2 x pi x 150000) = 587uH, 680uH 표준값 사용
  4. 검증 IL: 150kHz에서 X = 2 x pi x 150000 x 680e-6 = 641옴, IL = 20 x log10(|100 + j641|/100) = 16.2dB (15dB 요구 사항 충족)
  5. 차동 신호는 누설 인덕턴스만 보며, 이 계산기는 이를 모델링하지 않습니다. 데이터시트의 차동 모드 임피던스 곡선에서 USB 2.0 고속의 기본파인 240MHz 값을 확인하십시오

선택: 워스 744272102 (1mH, 1A, 0.3옴 DCR, USB 등급) 는 이 시스템에서 150kHz에서 19.5dB를 제공합니다.

실용적인 팁

  • ✓CMC를 커넥터에서 10mm 이내에 배치하십시오. — CM 전류는 케이블 연결 지점에 유입됩니다. CMC를 커넥터에서 멀리 두면 Johnson/Graham에 따라 필터링하기 전에 내부 배선에서 노이즈가 방출됩니다.
  • ✓USB 3.0 수퍼스피드 (5Gbps) 의 경우: 2.5GHz에서 차동 임피던스가 3ohm 미만인 CMC를 선택하면 눈이 가려지지 않습니다. 표준 전력선 CMC는 USB-IF 설계 가이드에 따라 과도한 차동 손실이 발생합니다.
  • ✓CMC 양쪽의 접지에 병렬 Y 커패시터 (1-4.7nF) 를 추가합니다. 커패시터는 CMC 인덕턴스가 기생 커패시턴스에 의해 우회되는 고주파에서 저 임피던스 CM 경로를 제공합니다.

흔한 실수

  • ✗100MHz 데이터시트 임피던스를 사용하여 150kHz로 추정합니다. 페라이트 투과율은 주파수 범위에 따라 10배 달라집니다.Wurth에서는 임피던스와 주파수 곡선이 필수적입니다. 100MHz에서 2000ohm의 CMC는 150kHz에서 200ohm에 불과할 수 있습니다.
  • ✗DCR 전압 강하를 무시하고 5A 부하에서 1옴 DCR CMC를 사용하면 5V 강하가 발생하므로 5V USB 전원에서는 허용되지 않습니다.TDK 지침에 따라 DCR < 2% 미만의 공급 전압을 부하 전류로 나눈 값을 선택하십시오.
  • ✗DC 바이어스가 있는 포화 코어 — CMC 인덕턴스는 정격 DC 전류에서 30-50% 떨어집니다.2A 부하의 경우 Murata 포화 곡선 기준으로 지정된 인덕턴스를 유지하려면 CMC 정격 >3A를 선택하십시오.

자주 묻는 질문

CMC에는 차동 전류 상쇄 (신호에 대한 낮은 임피던스) 와 CM 전류 추가 (잡음에 대한 높은 임피던스) 라는 두 개의 결합 권선이 있습니다.페라이트 비드는 싱글 와인딩으로 디퍼런셜 모드와 커먼 모드를 모두 동일하게 감쇠합니다.Ott의 EMC Engineering에 따르면 차동 쌍 (USB, 이더넷, 전력선) 에는 CMC를 사용하고, 단일 종단 신호 및 공급 레일에는 페라이트 비드를 사용하십시오.
TDK에 따르면 두 가지 메커니즘: (1) 페라이트 투과도가 재료의 특성 주파수 (일반적으로 10-100MHz) 보다 낮아져 인덕턴스가 감소합니다. (2) 권선 간 커패시턴스 (1-10pF) 는 인덕턴스 주변의 CM 전류를 단락시키는 바이패스 경로를 생성합니다.자체 공진 주파수에서 CMC 임피던스가 최고점에 도달한 후 떨어집니다.항상 문제가 가장 높은 주파수에서 임피던스를 확인하십시오.
예, 하지만 USB-IF에 따라 신중하게 선택하십시오. (1) 5Gbps 주파수에서 차동 임피던스 <3옴 (2.5GHz 기본), (2) CM 임피던스 >30-200MHz에서 100옴 (EMC 문제 대역), (3) 임피던스 불일치를 방지하기 위한 낮은 커패시턴스 (<0.5pF).전용 USB 3.0 CMC (예: TDK ACM 시리즈) 는 이 애플리케이션을 위해 설계되었습니다.
노이즈 레벨 및 부하 임피던스에 따라 다릅니다.사용 규칙: 주전원 EMI 필터의 경우 0.5-2mH (150kHz에서 500-2000옴 제공), DC 전력선의 경우 100-500uH, 신호선의 경우 10-100uH.계산: L = (필요 Z_CM) / (2 x pi x 150000).생산 및 온도 변화에 대해 50% 의 마진을 추가하십시오.
권선 감지가 정확해야 합니다. 차동 전류가 상쇄되도록 두 권선을 같은 방향으로 감아야 합니다.권선 극성이 잘못되면 CMC가 차동 모드 인덕터 역할을 하여 CM 노이즈 대신 원하는 신호를 감쇠합니다.Wurth 데이터시트에 따르면 올바른 극성을 나타내는 도트 규칙을 따르십시오.올바르게 감긴 CMC에서 L 및 N 연결을 교체해도 성능에는 영향을 미치지 않습니다.

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