「EMC - EMCの基礎」の版間の差分

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ビジュアルウィキテキスト

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 <br><br>
-== ノーマル(ディファレンシャル)モードノイズとコモンモードノイズ : 原因と対策 ==
+== ディファレンシャル(ノーマル)モードノイズとコモンモードノイズ : 原因と対策 ==
 電磁妨害EMIは、伝導ノイズと放射ノイズの2種類ある。<br>
 そのうち、伝導ノイズは伝導の仕方によって、ディファレンシャル(ノーマル)モードノイズとコモンモードノイズの2種類に分類できる。<br>
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 *: 電源の+側と-側で流れるノイズ電流の向きが同じことから、コモンモードと呼ばれる。
 *: 電源ライン間には、ノイズ電圧は発生しない。
+[[ファイル:Electronic Circuit EMC 7.jpg|フレームなし|中央]]
+<center>図. ディファレンシャル(ノーマル)モードノイズとコモンモードノイズの違い</center><br>
 <br>
 これらは伝導ノイズであるが、電源ラインにノイズ電流が流れるため、ノイズは放射される。<br>
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 ディファレンシャルモードノイズによる放射の電界強度Edは、下図左の式で表すことができる。<br>
 ここで、Idはディファレンシャルモードでのノイズ電流、rは観測点までの距離、fはノイズ周波数である。<br>
+<math>E_d \propto \frac{I_d \times f^2 \times S}{r} \, \mbox{[V/m]}</math><br>
 <br>
 ディファレンシャルモードノイズは、ノイズ電流ループが作られるので、ループ面積Sが重要なファクタになる。<br>
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 コモンモードノイズによる放射の電界強度Ecは、下図右の式で表すことができる。<br>
 図と式が示すように、ケーブル長Lが重要なファクタになる。<br>
+<math>E_c \propto \frac{I_c \times f^2 \times L}{r} \, \mbox{[V/m]}</math><br>
-<center>図. </center><br>
+<br>
+[[ファイル:Electronic Circuit EMC 8.jpg|フレームなし|中央]]
+<center>図. ディファレンシャルモードノイズとコモンモードノイズによる放射</center><br>
 <br>
 ここで、それぞれのノイズによる放射の特徴を確認するために、実際の数値を入れて電界強度を計算する。(条件は同じ)<br>
 電界強度の観測点を青色のドットで示す。<br>
+[[ファイル:Electronic Circuit EMC 9.jpg|フレームなし|中央]]
-<center>図. </center><br>
+<center>図. ディファレンシャルモードノイズとコモンモードノイズの電界強度</center><br>
 <br>
 この計算結果で重要なことは、同じノイズ電流値でもコモンモードノイズによる放射が遥に大きい点である。<br>
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 平行する配線間において、クロストークが発生することを理解しておくこと。<br>
 また、配線が直交する場合、浮遊(寄生)容量や相互インダクタンスはかなり小さくなる。<br>
+[[ファイル:Electronic Circuit EMC 10.jpg|フレームなし|中央]]
-<center>図. </center><br>
+<center>図. 容量結合(静電結合)と誘導結合(電磁結合)および等価回路</center><br>
 <br>
 <u>※キーポイント</u><br>
 * 平行する配線間においてはクロストークが発生する。
 * クロストークの要因には、浮遊(寄生)容量による容量(静電)結合と相互インダクタンスによる誘導(電磁)結合がある。
+<br><br>
+== スイッチング電源で発生するノイズ ==
+まず、同期整流型降圧DC-DCコンバータの等価回路を使用して、スイッチング電流の経路を確認する。<br>
+[[ファイル:Electronic Circuit EMC 11.jpg|フレームなし|中央]]
+<center>図. 同期整流型降圧DC-DCコンバータのスイッチング電流の経路</center><br>
+<br>
+ハイサイドスイッチをSW1、ローサイドスイッチをSW2とする時、<br>
+SW1がオンの時(SW2はオフ)、入力コンデンサ→SW1→インダクタL→出力コンデンサへという電流経路となる。<br>
+SW2がオンの時(SW1はオフ)、SW2→インダクタL→出力コンデンサへという電流経路となる。<br>
+<br>
+下図は、これらの電流経路の差分であり、スイッチがオン / オフを繰り返す度、赤のラインの電流は激しく変化する。<br>
+このループは、電流変化が急峻なため、基板配線のインダクタンスにより、ループ内に高周波のリンギングが生じる。<br>
+[[ファイル:Electronic Circuit EMC 12.jpg|フレームなし|中央]]
+<center>図. 同期整流型降圧DC-DCコンバータのリンギング</center><br>
+<br>
+下図に、電源回路を構成する外付け部品およびPCBの寄生成分とリンギングの関係を示す。<br>
+<br>
+下図に示すように、電流が急激に変化するループにおける寄生成分を赤で示している。<br>
+配線には配線インダクタンスがあり、1[mm]あたり約1[nH]のインダクタンスが存在する。<br>
+また、コンデンサには等価直列インダクタンス(ESL)が存在しており、また、MOSFETには各端子間に寄生容量が存在する。<br>
+これらの原因により、スイッチノードには赤枠で示したような100[MHz]から300[MHz]のリンギングが発生する。<br>
+<br>
+リンギングによって発生する電流と電圧は、2つの式により求められる。<br>
+[[ファイル:Electronic Circuit EMC 13.jpg|フレームなし|中央]]
+<center>図. 外付け部品およびPCBの寄生成分とリンギングの関係</center><br>
+<br>
+このリンギングは、高周波のスイッチングノイズとして様々な影響を与える。<br>
+対策を施す場合、PCBの寄生成分は電源IC側では除去することができないため、PCBの配線レイアウトやデカップリングコンデンサを使用して対処する。<br>
+PCBの配線レイアウトの詳細は、[https://techweb.rohm.co.jp/knowledge/dcdc/dcdc_pwm/dcdc_pwm03/2734 DC-DCコンバータのPCBレイアウトのページ]を参照すること。<br>
+[[ファイル:Electronic Circuit EMC 14.jpg|フレームなし|中央]]
+<center>図. 同期整流型降圧DC-DCコンバータのリンギングとその対策</center><br>
+<br>
+<u>※キーポイント</u><br>
+* スイッチングにより急峻な電流のオン / オフが発生する回路では、寄生成分により、高周波リンギング(スイッチングノイズ)が発生する。
+* このスイッチングノイズは、PCBの配線の最適化等によって低減できるが、それでもノイズが残る場合は、<br>コモンモードノイズとして入力電源に伝導するため漏出を防ぐ対処が必要となる。
 <br><br>
 __FORCETOC__
 [[カテゴリ:電子回路]]