Class XとClass Y安全コンデンサの使用方法

絶縁電源では、意図的に異なるグラウンドネットを使用して電力ドメインを分離します。これは部分的に安全性のため、部分的にはEMC（電磁両立性）のために行われますが、これら二つの領域は特定の業界標準で関連しています。これらのシステムでノイズを制御するために、EMIフィルタリングの一環としていくつかの重要な技術を使用します。これらの技術の一つが、いわゆる安全キャパシター、またはクラスXおよびクラスYキャパシターの使用です。

これらのキャパシターは特別またはユニークなものではありません。デカップリングキャパシターと同様に、「安全」という用語はキャパシターの特定のタイプではなく、キャパシターの機能と配置を指します。この記事での私の使命は、これらのキャパシターの使用に関する専門家にあなたをすることです。さあ、始めましょう。

安全キャパシターの配置場所

絶縁電源では、安全キャパシターは主に2つの場所に配置されます：

• 入力ライン電圧のフィルタリング要素として
• 絶縁されたグラウンド間のネット接続として

最初のケースでは、クラスXおよびクラスYキャパシターは、電源のフロントエンドのEMIフィルタ回路に配置されます。これは、入力電源ケーブルのフェライトチョークに加えて、EMIフィルタリング段階の共通モードまたは差動モードチョークとしても行われる場合があります。

さらに進む前に、いくつかの定義を確認しておきましょう。クラスXおよびクラスYキャパシターは、IEC 60384-14標準で指定されたAC電圧定格によって定義されます。この標準は性能ベースの標準であるため、これらの要件を満たす任意のキャパシターは、以下の表で関連するXまたはYの分類を受けるに値します。

これらのキャパシターを選択する際の主な考慮事項は、目標とするピーク電圧値に耐えることができるかどうかです。クラスYキャパシターの場合、考慮事項はAC電圧の振幅でもあります。これらの点に基づいて、入力フィルタリングの一部としてこれらを配置する必要がある場所が今見えてきました。

絶縁電源での配置

絶縁型電源では、特定のノイズタイプに対処するためにクラスXおよびクラスYキャパシタが配置されます。クラスYキャパシタは、共通シャントポイントを地球に使用することで、コモンモードノイズに対処するために使用されます。例えば、AC入力からDC電源への場合、一つのクラスYキャパシタがラインとニュートラルの接続のそれぞれに地球へと使用されます。下に示されています。同じタイプの接続はブリッジ整流器の後にも使用できますが、これは非常に珍しいです。

クラスXキャパシタは、同じ方法で差動モードノイズをフィルタリングするために使用されますが、これらはラインとニュートラルの間に接続されます。これらのキャパシタも下に示されています。

これらのキャパシタを使用するもう一つの例は、絶縁型電源内の二つの銀電気的に絶縁されたグラウンドを橋渡しすることです。通常、この目的にはクラスY安全キャパシタが推奨されますが、クラスX安全キャパシタも使用できます。ここでの考え方は、接続が必要に応じて高周波ノイズ電流をグラウンド間で通過させることを可能にすることであり、それらがPCBからエネルギーを放射するのを防ぐことです。

この接続におけるキャパシタンス要件は、安全キャパシタの値が寄生巻線キャパシタンスよりもはるかに大きくなければならないということです。これは通常、システムのプライマリ側にバイパスする必要がある周波数範囲に応じて、1 nFから1 uFのクラスYキャパシタが機能することを意味します。このグラウンドネットブリッジ接続は下に示されています。ブリッジ整流器の出力側でPGNDが定義されている場所に注意してください。

PGNDが割り当てられている場所に注意してください：それはブリッジ整流器の後です！これは非常に重要です。なぜなら、2200 pFのキャパシタで二つのDCグラウンドを接続しているからです。もしニュートラルに接続した場合、2200 pFのキャパシタに高AC電圧がかかり、キャパシタが破壊される可能性があります。

クラスXおよびクラスYキャパシタの例

IEC 60384-14の性能要件を満たすことができるキャパシタの例を以下に示します。Octopartで簡単に見つけることができます。最良の戦略は、期待されるAC電圧保護要件（クラスY用）またはクラスXのパルス要件に基づいて検索を開始することです。クラスYキャパシタの例を表に示します。

混合信号PCBにおける分割グラウンドはどうですか？

まず最初に、新しいデザイナーの皆さんに最も重要なアドバイスをします：

アナログとデジタルのグラウンドを分割するのをやめてください。解決するよりも多くの問題を引き起こします。

グラウンドを分割するとEMIの問題が発生するため、私のような人を雇って修正してもらう必要があるだけだと人々に言うべきかもしれません。幸いなことに、私は私の財布よりも皆さんの財布を気にかけています。

分離された電源や、分離されたASICを含むボード（例：ADC）は、非常に特定の理由でこれらの分割を含みます。それは、ADCとMCUを含む混合信号ボードで同じことをするべきだという意味ではありません。均一なグラウンドプレーンを使用した方がよいでしょう。

それはそうと、低周波数の精密測定でSNR値が低い場合に、分割プレーンと安全キャップまたはフェライトで2つのグラウンドを橋渡しすることが時にはより良い結果をもたらす非常に特定の例があります。その場合でも、キャパシターやフェライト（または両方）を使用してリターンパスとノイズ電流を制御できます。これをどのように、またはなぜ行うかわからない場合は、行わないでください。

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