噪声模式取决于尺寸
传导噪声的测量在屏蔽室内进行。测量条件由“CISPR16-2”或“ANSI63-4”等标准规定。两种标准中规定,屏蔽室的基准面与被测物体的距离要保持在0.4m,连接人工电源网络和被测物体的电线长度为0.8m,被测物体设置在高0.8m的台子上(图5)。
图5:传导噪声的测量在屏蔽室内进行
本图为传导噪声的测量情形。该测量的屏蔽室内进行。具体的测量条件由“CISPR16-2”或“ANSI63-4”等规格规定。
此时,共模噪声会通过屏蔽室内壁(金属)与被测物体之间的分布电容流出。我们将这种情况模型化,然后利用电磁场模拟,分析了被测物体的尺寸与共模噪声易流出性(共模阻抗)之间的关系。
我们通过电磁场模拟分析了尺寸各异的4种(5×5×5cm3,10×10×10cm3,20×20×20cm3,100×80×20cm3)对象物,分别计算出了通过人工电源网络观察被测物体时的阻抗(图6)。
图6:噪声模式取决于产品尺寸
利用尺寸各异的4种对象物进行了电磁场解析模拟,计算出了从人工电源网络观察被测物体时的共模阻抗(a)。根据结果可知,形状越大,屏蔽室基准面与被测物体的分布电容越大,共模路径的阻抗就越低(b)。另外,频率越高,共模阻抗越低(c)。
图6的表中列出了1MHz下的共模阻抗以及将该阻抗换算成分布电容的值。
从利用电磁场模拟分析4种对象物的结果可知,形状越大,屏蔽室内壁与被测物体之间的分布电容越大。也就是说,产品尺寸越大,共模路径的阻抗越低,共模噪声的电流越容易流动,该噪声成分就越容易变大。
下篇将根据上述传导电磁干扰噪声的特点,介绍其对策。
差模噪声电流沿差动方向流动
传导噪声的对策分三种情况实施:①差模噪声较大、共模噪声较小时;②共模噪声较大、差模噪声较小时;③两种噪声都比较大时。
首先介绍一下①差模噪声较大、共模噪声较小时的对策。差模噪声的电流在AC电源线上沿差动方向流动。因此,无法在普通的共模扼流圈上衰减。这是因为,共模扼流圈对于同相方向(共模)的电流会产生电感,但对于差动方向(差模)的电流几乎不产生电感。
因此,作为差模噪声的对策,一般采用差模扼流圈和接在AC电源线两端的电容器(以下简称“X电容”)。通过这两个部件,在被测物体内形成使流经AC电源线的差模噪声电流返回噪声源的路径(图7(a))。
图7:利用差模扼流圈和X电容抑制电磁噪声
为抑制差模噪声,利用差模扼流圈和X电容,在产品内形成使流经AC电源线的差模噪声电流返回噪声源的路径(a)。如果是共模噪声,一般使用Y电容来抑制噪声,不过在照明产品的电源电路中,其效果不充分。因此通过在Y电容上追加共模扼流圈或仅利用共模扼流圈来抑制共模噪声(b)。
利用差模扼流圈能提高AC电源线的阻抗,使噪声电流不易流动。然后在此基础上,利用X电容降低AC电源线间的阻抗,使噪声电流返回噪声源。该方法可防止电磁噪声传导至产品以外。
扼流圈对策
接下来介绍②共模噪声较大、差模噪声较小时的噪声抑制方法。在共模噪声中,由于噪声电流在AC电源线上沿同相方向(共模)流动,因此即使在AC电源线两端接入X电容也没有作用。利用电容抑制噪声时,采用引导噪声电流流向大地的电容器(以下简称“Y电容”,图7(b))。
不过,一般情况下利用Y电容降低共模噪声的效果不明显。因此,需要有效利用扼流圈。为提高AC电源线的阻抗、减少共模噪声电流,将电感值较高的共模扼流圈或差模扼流圈接入电源的一次侧。共模扼流圈针对流向同相方向的噪声电流能获得大阻抗,因此适用于共模噪声对策。
利用混合扼流圈抑制噪声
③差模噪声和共模噪声均比较大时,需要针对各类型的噪声分别采取对策,这样会导致所需元件增加,是造成成本上升和阻碍小型化的因素。
这种情况下,同时拥有共模扼流圈和差模扼流圈两种功能的“混合扼流圈”最为有效。
混合扼流圈与相同尺寸的共模扼流圈具备相同程度的共模阻抗,和更高的差模阻抗(图8)。混合扼流圈还备有扁平形状的品种,可根据产品尺寸选择。
图8:混合扼流圈具备较高的差模阻抗
混合扼流圈不但具备与相同尺寸的共模扼流圈相同程度的共模阻抗,还具有更高的差模阻抗。