EMIテストレシーバー測定の詳細な分析

はじめに
現代の科学と技術の急速な発展に伴い、エレクトロニクス、パワーエレクトロニクス、および電気機器はますます広く使用されています。 動作中に発生する高密度で広域スペクトルの電磁信号が空間全体を満たし、複雑な電磁環境を形成します。 複雑な電磁環境では、電子機器と電源装置がより高い電磁適合性を備えている必要があります。 そこで、抑える技術 電磁妨害 ますます注目されるようになりました。 接地、シールド、フィルタリングがXNUMX大抑制対策 電磁妨害. 主に電源に使用されるEMIフィルタとその基本原理、正しい使用方法を紹介します。

2. 電源装置におけるノイズフィルタの役割
220V/50Hz AC パワー グリッドまたは 115V/400Hz AC 発電機などの電子機器の電源には、さまざまな EMI ノイズがあります。その中には、さまざまなレーダー、ナビゲーション、通信、およびその他の機器からの無線放射などの人工 EMI 干渉源があります。誘発するシグナル 電磁妨害 電子機器、電気回転機械、および点火システムの電力線および接続ケーブル上の信号。これにより、誘導性負荷回路で過渡プロセスおよび放射ノイズ干渉が発生します。 雷などの自然干渉源放電現象と宇宙の天空電気干渉ノイズ。前者は持続時間は短いが大きなエネルギーを持ち、後者は広い周波数範囲を持っています。 また、電子回路部品自体も動作時に熱雑音を発生します。

ボーマン 電磁妨害 ノイズは、放射および伝導カップリングを通じて、この環境で動作するさまざまな電子デバイスの正常な動作に影響を与える可能性があります。

あらゆる種類の安定化電源自体も、 電磁妨害. リニア安定化電源では、整流によって形成される一方向の脈動電流も原因となる可能性があります 電磁妨害; スイッチング電源は、小型で高効率という利点があり、現代の電子機器でますます広く使用されていますが、スイッチング状態のときに電力変換に使用されるため、強力な EMI ノイズ源です。また、発生する EMI ノイズは広い周波数範囲と高い強度を持っています。 これらは 電磁妨害 また、ノイズは放射と伝導によって電磁環境を汚染し、他の電子機器の正常な動作に影響を与えます。

電子機器の場合、 EMI ノイズがアナログ回路に影響を与えると、信号伝送の信号対雑音比が低下し、深刻な場合には、伝送される信号が EMI ノイズに圧倒されて処理できなくなります。 いつ EMI ノイズがデジタル回路に影響を与えると、論理関係にエラーが発生し、誤った結果につながる可能性があります。

電源装置は、電力変換回路の他に、駆動回路、制御回路、保護回路、入出力レベル検出回路などがあり、かなり複雑な回路になっています。 これらの回路は、主に汎用または専用の集積回路で構成されています。 電磁干渉により誤動作が発生すると、電源が動作しなくなり、電子機器が正常に動作しなくなります。 グリッド ノイズ フィルタは、外部ノイズによる電源の誤動作を効果的に防止できます。 電磁ノイズ干渉.

さらに、 EMI 電源の入力端から侵入したノイズが電源の出力端に現れ、電源の負荷回路に誘起電圧が発生し、回路の誤動作や伝送信号への干渉の原因となります。回路で。 これらの問題もノイズフィルタで防ぐことができます。

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電源装置におけるノイズフィルタの役割は次のとおりです。:
(1) 外部の電磁ノイズが電源装置自体の制御回路の動作に干渉しないようにする。
(2) 外部の電磁ノイズが電源の負荷の動作に干渉するのを防ぎます。
(3) 抑制 EMI 電源自体によって生成されます。
(4)抑制 EMI 他の機器によって生成され、電源を介して伝搬されます。

スイッチング電源自体が動作し、電子機器がスイッチング状態にある場合、端子ノイズが電源機器の入力端に現れ、放射と伝導の干渉が発生し、AC 電力グリッドにも干渉して干渉します。他の電子機器に影響を与える可能性があるため、効果的な対策を講じてそれを抑制する必要があります。 . 電磁シールドは、からの放射干渉を抑制する最良の方法です。 EMI ノイズ。 EMI ノイズの伝導干渉を抑えるという点では、 EMI フィルターは非常に効果的な手段であり、もちろん、適切な接地手段を使用する必要があります。

米国にはFCC、ドイツにはFTZ、VDEなどの規格があるなど、世界のさまざまな国が厳格な電磁ノイズ制限規則を実施しています。 電子機器がノイズ制限規則を満たさない場合、製品を販売および使用することはできません。

以上の理由から、電源装置には、要件を満たすグリッドノイズフィルタを設計して使用する必要があります。

3. EMI ノイズとフィルタの種類
電源の入力リードに発生する EMI ノイズには、図 1 に示すように、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 1 種類があります。AC 入力リードとグランドの間に存在する EMI ノイズは、コモン モード ノイズと呼ばれます。 これは、AC 入力ライン、つまり図 2 の V1 と V180 の電圧を伝達する同電位同相の干渉信号と見なすことができます。 AC 入力リード間に存在する EMI ノイズはディファレンシャル モード ノイズと呼ばれ、これは、AC 入力ライン、つまり図 3 の電圧 V1 を伝わる XNUMX° の位相差を持つ干渉信号と見なすことができます。ノイズは、AC 入力ライン間を流れる干渉電流です。 電源入力ライン上の伝導 EMI ノイズは、コモン モード ノイズとディファレンシャル モード ノイズで表すことができ、これら XNUMX つの EMI ノイズは独立した EMI ソースとして扱い、個別に抑制することができます。

電磁干渉ノイズの対策では、コモンモードノイズの抑制を第一に考える必要があります。コモンモードノイズは全周波数領域、特に高周波領域で大きな割合を占め、ディファレンシャルモードノイズが大きな割合を占めるためです。この EMI ノイズの特性を使用して、適切な EMI フィルタを選択します。

電源用ノイズフィルタは、形状によって一体型とディスクリート型に分けられます。 一体型は、インダクタコイル、コンデンサなどを金属またはプラスチックシェルでカプセル化することです。 ディスクリートタイプは、インダクタコイルやコンデンサなどをプリント基板に実装してノイズサプレッションフィルタを形成するタイプです。 どちらの形態を採用するかは、コスト、特性、設置スペースなどによって異なります。 ディスクリートタイプは低コストですが、シールドが良くなく、プリント基板上に自由に配置できます。

4. ノイズフィルタの基本構造
電源 EMI ノイズ フィルタはパッシブ ローパス フィルタであり、交流電流を減衰せずに電源に送信し、交流電流で導入された EMI ノイズを大幅に減衰させます。 それらは AC グリッドに入り、他の電子機器に干渉します。

単相 AC グリッド ノイズ フィルタの基本構造を図 2 に示します。これは、集中化されたパラメータ コンポーネントで構成される 1 端子パッシブ ネットワークです。 使用される主なコンポーネントは、コモン モード インダクタ コイル L2、L3、ディファレンシャル モード インダクタ L4、L1、コモン モード コンデンサ CY2、CY1、およびディファレンシャル モード コンデンサ CX です。 このフィルタ ネットワークが電源の入力端に配置されている場合、L1 と CY2 および L2 と CY1 はそれぞれ、AC 入力ライン上の 2 組の独立したポート間にローパス フィルタを形成し、電源に存在するコモン モード干渉を減衰させることができます。 AC 入力ライン。 ノイズが電源に入るのを防ぎます。 コモン モード インダクタンス コイルは、AC 入力ラインのコモン モード ノイズを減衰させるために使用されます。 LXNUMX と LXNUMX は一般に、閉磁路のフェライト コアに同じ方向に同じ回数だけ巻かれています。 XNUMX つのコイルの交流電流によって生成された磁束は互いに打ち消し合うため、磁気コアは磁束を飽和させず、XNUMX つのコイルのインダクタンス値は大きくなり、コモン モード状態で変化しません。

ディファレンシャル モード インダクタンス コイル L3、L4 とディファレンシャル モード コンデンサ CX は、AC 入力ラインの独立したポート間でローパス フィルターを形成し、AC 入力ラインのディファレンシャル モード干渉ノイズを抑制し、電源供給を防止するために使用されます。機器が干渉しないようにします。

図 2 に示す電源ノイズ フィルタは、双方向除去を備えたパッシブ ネットワークです。 AC 電源グリッドと電源の間に挿入することは、XNUMX つの EMI ノイズの間にブロッキング バリアを追加することと同じです。 このような単純なパッシブ フィルターは、双方向のノイズ抑制として機能するため、さまざまな電子機器に使用できます。 広く使用されています。

5. ノイズフィルタの主な設計原理
コモン モード インダクタンス コイルで使用される磁気コアは、トロイダル、E 字型、および U 字型です。 材質はフェライトが一般的です。 トロイダルコアは大電流、小インダクタンスに適しています。 その磁気回路はE字型やU字型よりも長く、隙間がありません。 より少ない巻数で大きなインダクタンスが得られるため、周波数特性が優れています。 E型磁心はコイル漏れ磁束が小さいため、インダクタンスの漏れ磁束が他の回路に影響を与える可能性がある場合や、他の回路がコモンモードインダクタンスと磁気結合し、必要なノイズ減衰効果が得られない場合、 E 型磁気コアを考慮する必要があります。 コモンモードインダクタンス。

ディファレンシャル モード インダクタンス コイルは、一般に金属粉末プレス磁気コアを使用します。 数十 kHz から数 MHz までの圧粉プレス磁気コアの低周波数範囲により、その DC オーバーラップ特性は良好であり、インダクタンスは大電流アプリケーションで大幅に低下しません。 ディファレンシャル モード インダクタに最適です。

図 2 では、電源ノイズ フィルタに CX、CY1、CY2 の XNUMX 種類のコンデンサを使用しています。 それらはフィルター内で異なる機能を持ち、異なる安全レベル要件を持っているため、それらの性能パラメーターはフィルターの安全性能に直接関係しています。

ディファレンシャル モード コンデンサ CX は、AC 入力ラインの両端に接続されます。 定格 AC 電圧に加えて、AC 入力ライン間に存在するさまざまな EMI ピーク電圧も重畳します。 したがって、コンデンサの耐電圧と過渡ピーク電圧の性能要件は比較的高く、同時に、コンデンサが故障した後、後続の回路と個人の安全が危険にさらされないようにする必要があります。 CX コンデンサの安全レベルは、X1 と X2 の 1 つのカテゴリに分けられます。 X2タイプは一般的な用途に適しており、XXNUMXタイプはノイズのピーク電圧が高い用途に適しています。

コモン モード コンデンサ CY は、AC 入力ラインとシャーシ グランドの間に接続されます。 電気的および機械的特性に関して十分な安全マージンが必要です。 故障や短絡の場合、機器のシャーシが危険です。 機器の絶縁または接地保護が失敗すると、オペレーターは感電し、個人の安全を危険にさらすことさえあります。 したがって、CYコンデンサの容量は、定格周波数の電圧下での漏れ電流が安全仕様値未満になるように制限する必要があります。 また、十分な耐電圧と過渡的な高ピーク電圧のマージンが必要であり、電圧破壊の場合は開放状態にして、機器の筐体が充電されないようにする必要があります。

要約すると、グリッド ノイズ フィルタを設計および選択する場合、使用するインダクタとコンデンサの安全性能を最初に考慮する必要があります。これは、高電圧、大電流、および過酷な電磁干渉環境で動作するためです。 インダクタンスコイルはその磁心、巻線材質、絶縁材と絶縁距離、コイル温度上昇等に注意が必要です。 コンデンサは、静電容量の種類、耐電圧、安全性レベル、容量、漏れ電流などを優先し、特に国際安全機関の安全認証に合格した製品の選定が求められます。

4) 以上をまとめると、電源ノイズフィルタを使用する際の注意点は次のとおりです。
を。 フィルタは、機器の AC インレットのできるだけ近くに設置する必要があります。また、フィルタのない AC 入力ラインは、機器内でできるだけ短くする必要があります。
b. フィルタ内のコンデンサのリードは、リードの誘導性および容量性リアクタンスが低周波で共振するのを防ぐために、できるだけ短くする必要があります。
c. フィルタのアース線には大電流が流れ、電磁放射が発生します。 フィルタは十分にシールドされ、接地されている必要があります。
d. フィルタの入力ラインと出力ラインを束ねることはできません。 配線するときは、それらの間の距離を広げて、それらの間のカップリングを減らすようにしてください。 パーティションまたはシールド層を追加できます。

6. まとめ
のデザインと選び方 電磁妨害 フィルタは主にノイズ干渉特性とシステムの電磁適合性の要件に基づいており、その周波数範囲の理解に基づいています。 電磁妨害 干渉のおおよその大きさを推定します。 まず、フィルタの使用環境（使用電圧、負荷電流、周囲温度・湿度、振動衝撃、設置方法・設置場所など）を把握し、安全性能パラメータに着目する必要があります。機器および個人の安全に関連する。 また、フィルタが EMI ノイズを最適に抑制できるようにします。 フィルタのネットワーク構造とパラメータは、アクセス回路の要件と、最大のインピーダンス不整合を生成する原理に従って選択する必要があります。 最適な電磁ノイズ減衰特性を得るには、フィルタを電子機器に適切に取り付ける必要があります。

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