電源・DC/DCコンバータにおけるEMC配慮について

その充電器の設計者は、もっとうまく作れ込めなかったのでしょうか？まず伝導放射に注目すると、スイッチング電源であるこの製品は、ライン間差動モード（DM）とライン対グラウンドコモンモード（CM）ノイズを発生させることができます（図1）。DMの入力ノイズは，ライン間コンデンサ "X"と直列インダクタによって減衰されるので，サイズとコストの制約の中で，十分な部品値で容易に低レベルまで低減することができます。設計者は、コンデンサの値を100nF以下にしようとすることが多いのですが、前述のように、この部品は所定時間内に安全な電圧まで放電する必要があるため、並列抵抗を追加せざるを得ません。

さらに、回路内に永久的に放置されると抵抗の漏れ電流が一定になり、スタンバイ規格や無負荷損失規格への適合が問題になる可能性があります。インダクタは高価なものであっても、全交流電流を通過させるので、飽和を避けるために物理的に大きくなければならない場合があります。このため、鉄粉やギャップのあるフェライトタイプが代表的です。

DMノイズには直接の法令上の制限はありませんが、CMノイズには制限があります。CMの代表的な試験方法は、マルチメディア機器のCISPR32などの規格で求められているラインインピーダンス安定化ネットワーク（LISN）を使用しています。しかし、LISNは、存在するDMノイズの半分も記録してしまうので、それを減衰させる正当な理由があるのです。ラインやニュートラル-グラウンド接続からのCMノイズは、LISNの低い50Ωインピーダンスに電流源の形をとる傾向があり、ラインやニュートラル-グラウンド接続からの “Y” コンデンサは、ノイズが外部に循環しないようにローカルリターン経路を提供し、LISNに登録されます。

そして、各電源ラインの結合巻線によるCMチョークが、コンバーターと電源の間のバリアとして機能します。高透磁率のアンギャップフェライトを使用し、巻線を位相調整することで走行電流を磁気的に打ち消し、CMノイズ素子に高いインピーダンスを残すことができます。CMチョークは、巻線間のリーケージインダクタンスを制御して巻くことができ、これにより、DMとCMの減衰を組み合わせることができます。

不要なカップリングは、単純にガルバニックと呼ばれるもので、ソースからの電流が接続部に流れ、過剰な電圧を落としたり、他の電流経路と混ざって "クロストーク "を発生させたりします。PCBトラックはしばしばその犯人となり、大きなDC抵抗を発生させることがあります: 長さ10mm、幅1mm、厚さ35μm（1オンス）の銅は、25℃で5mΩ近く、85℃では6mΩになります。この抵抗に流れる電流による電圧降下は、同じ接続部を流れる他の電源や信号の電流に加わり、干渉を引き起こす可能性があります。ACに対するトラックのインピーダンスはより複雑で、隣接するトラック、グランドプレーン、および他のコンポーネントとの近接性に依存します。

例えば、図4が示すように、比誘電率ε_rを持つ材料のグランドプレーンまたは分離Hを持つ単純なマイクロストリップ上の、幅Wと厚さtのトラックは、以下の特性インピーダンスZ₀を持ちます:

Z₀ = (87/√[ε_r + 1.41]). ln(5.98H/[0.8W + t])ohms

典型的なプリント基板では、εr = 4、H = 0.76mm、T = 35μmであるため、1mm幅の銅トラックは約65Ωの特性インピーダンスZ0を持つことになります。この値は重要で、この値とトラック内の高周波電流のソースおよびシンクインピーダンスとの間にミスマッチがあると、スイッチングエッジでリンギングが発生します。