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コモンモードチョークコイルを使用したLCノイズフィルタ効果(ノーマルモード)

コモンモードチョークコイルを使用したノイズフィルタの実測とシミュレーション比較のフィルタ回路で、ノーマルモードノイズの減衰効果を確認するには、下記のような結線を行います。

ノーマルモードにおいてはコモンモードチョークコイル内の磁界の打ち消し効果により、コモンモードチョークコイルとして機能しませんが、漏れ磁束による漏れインダクタンスが形成されます。ノーマルモードにおいては、下記の等価回路となります。

ただしCxの静電容量に比べてCyの静電容量が無視できない場合、Xコンデンサの合計容量は、(Cx+(Cy/2))となり、ノーマルモード時のカットオフ周波数も低下します。

ここで、Yコンデンサについては、ノーマルモードの場合では信号ラインに相当するHi側とLo側で位相関係が反転した状態となります。Yコンデンサのグランドは大地に相当し、この場合ではYコンデンサを電流は流れないためノーマルモードでは省略できます。また、漏れインダクタンスとXコンデンサからなるフィルタの特性インピーダンスZ0は となるため、負荷インピーダンスを揃える必要があります。

LDFL002302LS-V0Eの場合では上式で求めた値よりDCR成分(4端子分)を差し引いた値を負荷抵抗とし、下記の回路定数でシミュレーションを実施します。Xコンデンサは当社導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサHHSE630ELL101MJC5Sを使用し、7素子のSPICEモデルを使用しました。
 
等価回路の各成分 回路 数値(入力値)
浮遊容量 C 2.1pF
鉄損(磁性体のロス) R 11.6kΩ
自己インダクタンス L 15.0mH
結合係数 k 0.9996333
銅損(電線のロス) DCR 30mΩ
ダミー抵抗 Rd 1GΩ
負荷抵抗 R-Load 0.18Ω
【LDFL002302LS-V0Eでの回路定数】


なお、トータルの漏れインダクタンスは、1次側と2次側の漏れインダクタンスの和となり2倍の値(5.5μH×2倍)となります。以上より、ノーマルモードにおける等価回路は漏れインダクタンスとXコンデンサによるローパスフィルタが形成され、カットオフ周波数Fcは、以下の式で表せます。
LDFL002302LS-V0Eと当社導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサHHSE630ELL101MJC5Sを組んだ場合の実測値とSPICEシミュレーションの減衰特性の比較結果は下記になります。減衰特性はほぼ-40dB/Dec.であり、実測とシミレーションでよく一致していることが確認できます。
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