パワーエレクトロニクス用コモンモードチョークの選択方法

投稿日 2021/02/5, 金曜日
更新日 2023/06/25, 日曜日

電源ユニットにある大きなコイルは、単にライン値からの電圧/電流を上げたり下げたりするだけではありません。バッテリーや他のDCソースから電力を取る電源/管理ユニットについても同様です。EMIフィルタリングは、下流のコンポーネントにクリーンな電力を供給し、強力な導電性EMIによる信号整合性の問題を防ぐための一側面に過ぎません。

電源システムの供給ラインにEMIフィルタを配置する必要がある場合、共通モードチョークを使用してシステムへの共通モード導電性EMIを抑制できます。共通モードチョークは電力フィルタリング以外にも、放射性EMIによって誘導される共通モード電流をフィルタリングすることもできます。電源システムで作業する際のいくつかのガイドラインを紹介しますが、これらのガイドラインはEMIフィルタリング用に共通モードチョークを選択する必要がある場合にいつでも適用できます。

共通モードチョークによるEMIフィルタリング

電源システムをACラインに接続すると、導電性EMIとしてノイズがシステムに入り込み、電力エレクトロニクスの正常な機能やこれらのシステムが電力を供給するコンポーネントに干渉する可能性があります。共通モードチョークは、磁気誘導を利用して、電力調整、調整、または変換システムの入力電力ライン上の共通モードノイズをキャンセルします。共通モードチョークを探す際にデータシートで確認すべきいくつかの基本的な仕様があります：

DC抵抗。 コイルは、ワイヤの厚さと長さによってある程度のDC抵抗を持ちます。電力エレクトロニクスのアプリケーションでは、これを可能な限り低くすることが重要です。これにより、コイルでの電力損失と過剰な熱の放散を防ぎます。

電圧および電流の定格。 これらの電気的定格は、特定のアプリケーションで超えてはなりません。電流定格はDC抵抗と比例してスケールする傾向があり、太いコイルは過熱せずにより大きな電流を処理できます。

共通モード減衰。 これは、異なる周波数で共通モードがどの程度減衰されるかを示します。理想的な共通モードチョークは線形の減衰スペクトルを持つことに注意してください。これは実際のチョークでは当てはまりません。チョークの寄生巻線容量が減衰スペクトルに共振ピークを作り出します。

巻線容量。 一部の共通モードチョークはこの値を指定しますが、データシートでは常に見つかるわけではありません。高速設計では、巻線容量が小さい方が望ましいです。これにより、近くのリターン電流のノイズがチョークの出力に共通モードで結合するのを防ぎます。

ESD定格。 これらのチョークが高電圧システムで使用される場合、ESD定格は安全性に重要です。また、高電圧/電気通信/産業製品に一般的なULおよびIEC規格の遵守も確認すると良いでしょう。

高電力システム用の共通モードチョーク

高電圧/電流システム用のチョークは通常、大型インダクタと同じ方法でパッケージされ、ローパスフィルターのように機能します。上記のポイントは、差動モードチョークやICに統合されたチョークにも適用されます。これらのチョークはしばしば配列で提供され、高速カメラ（例：HDMIやMIPI）、LVDS、またはバンドエッジでのフィルタリングが必要な類似のアプリケーション向けに高帯域幅で設計されています。高出力システムでは、これらのタイプのパッケージは見つかりません。高出力アプリケーション用のコモンモードチョークは、大型フェライトまたは大型銅コイルを備えた強磁性材料から作られています。市場で見つかる一般的なコモンモードチョークのオプションの例をいくつか紹介します：

Schaffner, RB6122-50-0M3

SchaffnerのRB6122-50-0M3コモンモードチョークは、600 V ACまでの高電圧AC電源システムや1000 V DCまでの高電圧DCシステム（例：太陽光発電設備やバッテリーバンクなど）に最適です。オープンコイル設計により、コイルに沿って対流冷却が可能で、比較的低い巻線容量を実現しています。これらのコイルは、60 °Cで最大50 A、最大400 Hzの動作周波数で評価されています。オープン設計と低巻線容量により、これらのコイルの減衰共振は約500 kHzに設定されています。RB6XXXおよびRB5XXXシリーズのコンポーネントの典型的な共振曲線を以下に示します。

Schaffnerの他のコモンモードチョークの減衰共振曲線。 RB6122-50-0M3データシートより。

Bourns, 7105

Bournsの4.25 mHコモンモードチョークコイルは、最大1 A DC電流で3750 RMS AC絶縁強度を持っています。このコンポーネントは、高電圧電源コンバーターの入力フィルタリングに優れています。Bournsの71XXシリーズの他のチョークは、最大50 mHのインダクタンス（7121、最大2 A電流）を提供するか、または最大10 Aの電流（7124、3 mHインダクタンス）を提供します。これらのスルーホールコモンモードチョークは、PCBに実装された際に最大1インチ×1インチの断面積を持つ低プロファイルです。

Schurter, DLFL-0147-25D2

SchurterのDLFL-0147-25D2コモンモードチョークは、鉄粉トロイダルコモンモードチョークで、定格電圧は440 V AC @ 50 Hzまでです。最大電流定格（25 °Cで45 A）は以下に示すように温度が高すぎると敏感にデレーティングされ、使用すべきではありません。敏感なデレーティングにもかかわらず、2 kVの有効絶縁電圧を提供し、IEC 60068-1気候カテゴリー25/100/21に準拠しています。このコンポーネントは、回路への導電性EMIの任意の発生源に最も近い位置に実装されると最も効果的ですが、適度な電流でのラインフィルタリングにも使用できます。

Schurter社のDLFL-0147-25D2共通モードチョークのディレーティング曲線。 DLFL-0147-25D2データシートより。

電力管理のためのその他のコンポーネント

システム用の共通モードチョークコンポーネントやその他のフィルターを選択した後でも、電源の電力分配を管理するためにさまざまなコンポーネントが必要になることがあります。高電圧/電流システムに必要なその他の一般的なコンポーネントは以下の通りです：

電流センスアンプとコントローラ

電源および電力管理システム用のローパスフィルターを構築するために使用できるコンポーネントはたくさんあり、共通モードチョークコイルはEMIフィルタリングのための一つのオプションです。これらまたはその他のコンポーネントが次のシステムに必要な場合は、電子部品の完全なソリューションが必要なときにOctopartの高度な検索およびフィルタリング機能を使用してください。電力エレクトロニクスに必要なその他のコンポーネントを見つけるために、私たちの電力管理集積回路ページをご覧ください。

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