長距離負荷下での過大な伝導EMIの制御 (第3部)
役立つ情報を毎月お届けします
プライバシーを尊重します
はじめに
本稿では、長距離負荷下での過度なEMIを解析して改善する方法を探る3部構成シリーズの最終部です。第1部では、コモンモードEMIモデルを検討し、電界結合と磁界結合の影響を検討しました。 第2部では、一連の計算を通じて伝送経路理論を検証しました。第3部では、ノイズを低減するために実装された3つの方法に焦点を当てます。
ノイズ低減方法
ノイズモデルに基づいて、ノイズを低減する方法は複数あります。以下に説明します。
- 高周波ノイズの発生源を減らす (スイッチング波形の傾きを小さくする)
- 周波数ジッタリングを使用して高周波ノイズを低減
- 配線時には、dV/dtノードとdi/dtループの面積を最小化する
- ループにコモンモードフィルタを追加するか、出力ラインに磁気リングを追加する
- 出力ラインの長さを変更して、敏感な周波数帯域を避ける
- シールドを追加して、近接場結合による問題を軽減
これらの一般的な方法を考えてみましょう。上述した最後の3つの方法は、長距離負荷ラインに焦点を当てています。これらの方法については、本稿で詳しく説明します。
磁気リングを追加する
最初のノイズリダクション方法を実装するには、出力側 (基板に近い一端) に磁気リングを追加します。図1は、磁気リングを使用した場合と使用しない場合の出力ラインとグランドのインピーダンスを比較したものです。磁気リングを追加すると、グランドへのインピーダンスが大幅に増加し、共振の影響を軽減できます。
図1 : 磁気リングによるグランドのインピーダンス
図2は、出力ラインの伝導EMIを示しています。磁気リングを追加すると、高周波共振ピークを効果的に抑制します。
図2 : 磁気リングでのEMI試験結果
出力ラインの長さを調整する
2つ目のノイズ低減方法では、出力ラインの長さを変更して共振ピークの位置を調整します。図3は、ライン長が1.2mの場合、3/4λに相当する共振ピークが108MHzを超え、FM帯域 (76MHz～108MHz) を避けていることを示しています。したがって、ラインの長さを変更するとノイズを低減できます。2mと1.2mのライン長とそれぞれの伝導EMI結果を比較すると、後者のラインの共振ピークは約53MHzで発生します。
図3 : 実施されたEMI試験の結果 (2mおよび1.2mの出力ライン)
シールドを追加する
シールドを追加して出力ラインと試験ボード間の近接場結合をなくすことで、EMIを低減できます。シールドは金属製です。回路内のdV/dtノードとdi/dtループをラップし、シールドをノイズ源の近くで接地します。
図4は、接地が電界結合にどのように影響するかを示しています。dV/dtノードがシールドされると、もともとリファレンス - 出力ラインに向けられていた浮遊コンデンサ (CSWPおよびCCOU) が、シールドへの浮遊コンデンサ (CSWP1およびCCOU1) として機能します。シールドが接地されると、ノイズ電流はLISNを経由せずにノイズ源のグランドに直接逆流するため、コモンモードノイズは発生しません。
シールドが接地されていない場合でも、ノイズ電流はリファレンスグラウンドに流れますが、EMIは低下しません。これは、シールドケースがリファレンスグランドと出力ラインからの浮遊容量を保持するためです。
図4 : グランドシールドが電界結合に及ぼす影響
図5は、高周波磁界結合に対する接地の影響を示しています。di/dtノードがシールドされている場合、シールドは理想的な条件下で渦電流を発生させる可能性があります (シールドとdi/dTループ間の結合が強く、シールドのインピーダンスは高周波で誘導性になるなど)。この電流は、元のdi/dTループが外部環境に及ぼす影響を打ち消します。図5は、デカップリング後、元の磁界結合によって生成された誘起電圧源をシールドによって相殺できることを示しています。
図5 : シールドマスクが高周波磁界結合に及ぼす影響
また、EMIテストの結果から、シールドを追加した後に、伝導ノイズが大幅に改善されることも確認されています (図6参照)。出力ラインが2mの場合、伝導ノイズもCISPR 25 Class 5の要件を満たすことができ、マージンは6dBです。
図6 : 実施したEMI試験結果の比較
MPQ7200での実用的アプリケーション0
本稿では主にClass-Dアンプを例に長距離負荷を解析しましたが、これらの方法は他のチップにも適用可能です。たとえば、MPQ7200は高周波、定電流、昇降圧 LEDドライバで、いくつかの方法 (周波数ジッタリングや対称的なVIN設計) を使用してEMIを低減します。
図7は、出力ラインがない場合、伝導EMIノイズが非常に小さいことを示しています。しかし、2mの出力ラインを追加すると、伝導EMIは該当する位置に2つの共振ピークを持ちます。
図7 : MPQ7200の伝導EMI試験結果
図8は、シールドを追加することでMPQ7200の伝導ノイズをいかに低減できるかを示しています。この影響は高周波で顕著であり、この記事で取り上げた原理とノイズ低減対策がすべてのコンバータトポロジーに共通していることを示しています。
図8 : MPQ7200の伝導EMI試験結果
結論
まとめると、第1部と第2部で高周波CMモデルを開発しました。この論説では、3つのEMI低減方法を比較し、伝導EMIの共振ピークを調べました。これらの寄稿文で示されているように、長距離負荷下での過剰なEMIは、戦略的な回路変更を使用することで、さまざまな車載電子機器アプリケーションを効果的に制御できます。
_______________________
興味のある内容でしたか? お役に立つ情報をメールでお届けします。今すぐ登録を!
アカウントにログイン
新しいアカウントを作成