高度なチョーク設計で電力システムのノイズに対処 — エンジニアが知っておくべきこと

電子システムがよりコンパクトになり、電力密度が増加するにつれて、エンジニアは電気ノイズを制御するという大きな課題に直面しています。個別の差動モードとコモンモードのチョークを使用する従来のフィルタリング手法は、貴重な基板スペースを占有し、設計が複雑になります。単一パッケージ内で差動ノイズとコモンモードノイズの両方を抑制できるデュアル機能チョークコンポーネントの出現は、性能を損なうことなくより小さな設置面積内でより多くの機能を搭載するというパワーエレクトロニクスの幅広いトレンドを反映しています。

この進化は、電力品質、ノイズ抑制、コンパクトな設計が重要な設計目標である自動車、産業オートメーション、再生可能エネルギー、家庭用電化製品などの業界全体の需要に沿ったものです。

ノイズ抑制がこれまで以上に重要な理由

電子設計者は常に、通常の回路動作を妨げる不要な電気信号であるノイズと格闘してきました。最新のシステムには、主に次の 2 種類のノイズがあります。

• 差動モード ノイズ— 正と負のリターン パスなど、2 つの導体間に発生します。

• コモンモード ノイズ— グランドに対して両方の導体に均等に現れ、EMI として放射される可能性があります。

従来、ノイズ抑制には、ノイズの種類ごとに個別のチョークまたはフィルターを使用する必要がありました。ただし、システムがより高密度になり、より高いスイッチング周波数で動作するようになると、このアプローチでは基板スペース、コスト、全体的な設計の複雑さにおいてトレードオフが生じる可能性があります。

デュアル機能チョーク設計は、差動フィルタリングとコモンモードフィルタリングを単一の磁気コンポーネントに組み合わせることでこれらの課題に対処し、堅牢なノイズ抑制を維持しながらシステム設計を効果的に合理化します。

デュアルファンクションチョークの仕組み

二重機能チョークは、単一コンポーネント内に 2 つの磁路を統合します。この設計により、チョークは以下を同時に処理できるようになります。

• 差動モード電流、導体間の電流の流れの変化に対抗するインダクタンスを提供します

• コモンモード電流。磁気結合により、グランドに対してすべてのラインに現れるノイズが抑制されます。

この統合されたアプローチは、EMI の低減、電力信号の整合性の向上、レイアウト制約の簡素化に役立ちます。これは、最新の高速パワー エレクトロニクスにおける大きな利点です。

デュアル機能ノイズフィルタリングの主な用途

デュアル機能チョーク設計の利点は、次のようなさまざまなアプリケーションでますます認識されています。

電力変換およびDC-DCコンバータ

これらのシステムは特にスイッチング ノイズの影響を受けやすく、多くの場合高周波数で動作します。デュアル機能チョークはリップルを低減し、安定した電力供給を維持します。

自動車および電気自動車

EV パワートレインと車載充電モジュールは、厳格な EMI 規制の下で動作します。統合されたノイズ抑制により、コンプライアンスが簡素化され、信頼性が向上します。

産業オートメーション

プログラマブル ロジック コントローラー (PLC)、ドライブ、およびロボット工学には、制御エラーを防止し、ダウンタイムを削減するためにクリーンな電源レールが必要です。

家電

コンパクトなモバイルおよび IoT デバイスは、強力なノイズ抑制を実現しながら基板面積を最小限に抑える二重機能コンポーネントの恩恵を受けます。

これらの領域全体で、ノイズ軽減は製品の信頼性、EMI 規格への準拠、およびシステム全体のパフォーマンスの向上に直接貢献します。

考慮すべき設計上のトレードオフ

デュアル機能チョークは設計を簡素化できますが、エンジニアは依然として特定のトレードオフに留意する必要があります。

• インダクタンスのバランス:ディファレンシャルモードとコモンモードのインダクタンスがシステム要件を確実に満たすようにする

• 熱性能:小型磁気コンポーネントの熱管理

• 飽和制限:負荷時のパフォーマンス低下を防ぐコア材料と形状を選択する

• 基板レイアウト:統合コンポーネントであっても、電源プレーンとグランドプレーンを考慮して配置することでメリットが得られます。

これらの要因は、明確に定義された電気特性と信頼できる製造品質を備えたコンポーネントを選択することの重要性を強調しています。

これはコンポーネントのサプライヤーと設計者にとって何を意味するか

より統合されたフィルタリング ソリューションへの移行は、パワー エレクトロニクス設計における広範な傾向を反映しています。コンポーネントは、より少ないスペースで、より少ないスペースで、より少ない複雑性で、より少ない妥協で、より多くのことを実行する必要があります。実際には、これは次のことを意味します。

• 磁気はコンパクトなパッケージで高性能をサポートする必要がある

• コンポーネントは幅広い周波数にわたってノイズ抑制を維持する必要があります

• 部品は産業用途向けの厳格な品質および一貫性基準を満たさなければなりません

サプライヤーと設計者にとって、これらの要求のバランスをとる二重機能コンポーネントを提供できることにより、電力システム革新の最前線に立つことができます。

FERRTX トロイダルおよびデュアル機能チョーク ソリューションによるノイズ制御

FERRTXでは、現代の電力システム設計者の進化するニーズを理解しています。トロイダル チョーク、パワー インダクター、デュアル機能チョーク ソリューションを含む当社の磁気コンポーネント ラインアップは、次のことを達成できるように設計されています。

• 高速スイッチング アーキテクチャにおける堅牢な EMI 軽減

• 効率的な差動ノイズおよびコモンモードノイズ抑制

• パフォーマンスを損なうことなく基板スペースの利用を最適化

• 産業、自動車、再生可能アプリケーションにおける信頼性の高いパフォーマンス

高度なチョーク設計を電源システムに組み込むことで、信号の完全性を向上させ、ノイズ関連の障害を軽減し、システム全体の安定性を高めることができます。

ノイズ抑制技術を評価している場合、またはアプリケーションに適したチョーク ソリューションの選択にサポートが必要な場合は、FERTX のチームがお手伝いいたします。製品ガイダンスと技術サポートについては、 sales@ferrtx.comまでお問い合わせください。