コモンモードチョークに当たる信号はどうなりますか?


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私はコモンモードチョークの背後にある原理をよりよく理解しようとしています。明確にするためにいくつかの図面を作成しました。

 
差動モード信号

差動電流(差動電圧で駆動)は、インダクタコアに等しいが反対の磁場Bを作成します。

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これらの磁場は互いに打ち消し合うため、コア内の正味磁束はゼロです。そのため、これらの差動電流はインピーダンスを「感じ」ません。

 
コモンモード信号

対照的に、コモンモード電流は、コアに等しい付加的な磁場を生成します。そのため、彼らは高インピーダンスを「感じ」、通過することができません(または通過すると、高度に減衰します)。

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しかし、正確にはどうなりますか?以下に説明するいくつかの理論があります。

 
コモンモード信号-理論1

私の最初の考えは、コモンモード信号がチョークに当たり、内部に磁束を生成することです。これを行うと、多くのエネルギーが熱として失われます(ヒステリシスおよびその他の影響)。わずかな部分だけが通過します:

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この特定の方法でどのようなコモンモードチョークが動作しますか?電圧スパイクを「燃やす」ことは、私にとって非常に望ましい効果のようです。

 
コモンモード信号-理論2

おそらく、電圧スパイクはコアに多くの磁束を蓄積する機会を実際に得られないか、またはコアは単に「損失」が十分ではありません。電圧スパイクはコアで跳ね返り、元に戻ります。小さい部分のみが通過します:

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チョークの右側のシステムは保護されていますが、左側のシステムは反射信号を処理する必要があります。定在波のような厄介なものが表示される場合があります。

 
私の質問

いくつか質問があります。

  1. 理論1または理論2がもっともらしいと思いますか?

  2. 特定のタイプのコモンモードチョークは、理論1で説明されているように動作する傾向があると思いますか?

  3. おそらく、私の両方の理論は単に間違っているだけです。もしそうなら、実際に何が起こりますか?

教えてください。

回答:


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Andyの答えに加えて、彼が書いたことを繰り返す必要はありません。

あなたが書いたことから、あなたの問題はチョークがどのように機能するかを直感的に理解することにあると思います。インダクタを検討してください:

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このインダクタには1本のワイヤしかありません。流れる電流は磁束を生成し、それはコイル自体によって拾われ、電流の変化に対抗する電圧を生成します。あなたはそれについて知っていると思います。

次に、ワイヤーを縦に分割します。これで同じインダクタができましたが、同じ方向に2本のワイヤが巻かれています。

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これらのワイヤには、コモンモード電流が同じ方向に流れます。したがって、電流Iを運ぶワイヤが1本でも、I / 2を運ぶワイヤが2本あるかは関係ありません。

(両方のワイヤがAndyの最初の写真のように接続されている場合、結果は1本のワイヤを持つ場合と同じです)。

私の最初の考えは、コモンモード信号がチョークに当たり、内部に磁束を生成することです。これを行うと、多くのエネルギーが熱として失われます(ヒステリシスおよびその他の影響)。小さい部分だけが通り抜ける

だから、これはそれがどのように機能するかではありません。これは、差動信号には作用せず、コモンモード信号にのみ作用するインダクタです。インダクタンスのためにコモンモードインピーダンスを追加します。

しかし、それはどのようにノイズを除去しますか?

シンプル。これはインダクタであるため、単にインピーダンスを追加するだけで、高周波コモンモード電流の流れを妨げます。

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ここでは、2つのACソース「Vhc1」と「Vhc2」の値が同じであるため、「LINE1」と「LINE2」にコモンモード電圧ノイズが追加されます。

このノイズ電圧により、チョーク、次に右側の機器を流れる電流が発生し、この電流は明示的なグランド(両方のギアが接地されている場合)または検出可能なあらゆる手段(寄生容量、空気、または他の機器に接続されている他のケーブル)。

ケーブルを流れるHFコモンモード電流は、ケーブルをアンテナに変えますが、これは悪い考えです。

チョークは回路にインピーダンスを追加するため、電流が減少します。そのような単純な。

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上の写真では、左側のチョークがラインにコモンモードインピーダンスを追加し、キャップが残りのコモンモードノイズをアースに短絡します。これは、1本ではなく2本のワイヤを処理することを除いて、基本的に分圧器またはLCローパスフィルタです。

「分圧器」と考えてください。チョークはノイズ源のインピーダンスを増加させ、これによりキャップのフィルタリング効果が向上します。

ワイヤーの巻き方にはさまざまな効果があります。最高のコモンモードフィルタリングのために、ワイヤを一緒に撚り合わせます(またはケーブル全体を磁気コアに巻き付けます)。表示するチョークは2本のワイヤ間にある程度の距離があるため、コモンモードフィルタリングの効率は少し低くなります。ただし、2本のワイヤ間の絶縁ははるかに優れており、この巻線は各ワイヤに差動モードインダクタンスも追加するため、コンポーネントは2つの役割を果たします。

3本以上のワイヤを使用できます。実際、ケーブル全体をフェライトコアに通すことができます(お使いのコンピューターでこれらのいずれかを備えたUSBケーブルを探してください)。

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グラフは、コモンモードでケーブルに追加されたインピーダンスを示します。

また、フェライトチョークは損失が大きくなります。これは、材料が高周波で低効率で、かなり安っぽい変圧器になるように設計されていることを意味します。ヒステリシスが高い。これは、HF磁場を熱に変えることを意味します。そのため、特定の周波数を超えると、インダクタは誘導性でなくなり、抵抗のように動作します。

ケーブルにチョークを付けると、ケーブルを効率的なアンテナに変えてしまう可能性のある共振がなくなるため、損失が大きいという事実は非常に便利です。

編集

フェライトビーズのインピーダンスを確認します。これはコモンモードチョークではありませんが、興味深い特性はフェライト材料自体にあります。バイファイラ巻きの場合、コモンモードインピーダンスは同じ特性を持ちます。

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ソース

「X」とマークされた部分は誘導インピーダンスです。そして、「R」とマークされた部分は抵抗です。この部品はインダクタとして吸い込まれ、Qが非常に低く、多くの損失があり、それを使用して調整されたLCタンク回路を作成する方法はありません。ただし、HFノイズを熱に変換する場合、損失は大きなものになります。

さまざまなフェライト材料がたくさんあります。低損失用に最適化され、良質のインダクタを作るものもあれば、特定の周波数で高損失用に最適化されるものもあります。

インダクタとしてではなく「EMI抑制」または「フェライトビーズ」または「チョーク」として指定されている場合、損失の多い材料が発生します。次に、インピーダンスカーブをチェックして、必要な周波数がフィルタリングされることを確認する必要があります。


どうもありがとうございます。あなたは主題についての完全な記事を書きました!最後の段落に飛び込みたいと思います。あなたは言う:「フェライトチョークは損失が大きい。…損失があるという事実は、共振を消すので非常に役立つ」。おそらくこのトピックをさらに深く掘り下げていただけますか?損失の多いコモンモードフィルターと損失のないコモンモードフィルターを区別する方法、およびそれらを評価するのに役立つグラフの種類は何ですか?
K.Mulier

上記の編集を確認してください
プーフ

編集ありがとうございます。残念ながら、多くのコモンモードチョークデータシートは、RとX成分に分割されず、合計インピーダンスZを示すグラフのみを提供します。フェライトコアの損失は、ノイズを「燃やす」のに最適です。しかし、コモンモードチョークの前後に並列コンデンサを配置することはお勧めできませんか?不快なリンギングや振動効果が発生しないように、それらをどのように計算しますか?すべてのあなたの助けてくれてありがとう:
K.Mulier

上記のメインフィルターの例には、上限があります。ただし、お使いのデバイスが、たとえば、小さなHDDエンクロージャーのようなセルフパワーUSBデバイスである場合、キャップをリンクするアース/グランドはありません。したがって、コモンモードノイズを低減し、ケーブルがアンテナになるのを防ぐ唯一の方法は、そもそもノイズを発生させないか、チョークでケーブルコモンモードインピーダンスを上げることです。
プーフ

@DanielTorkあなたが何を求めているのか分かりません...インダクタは次のように機能します:コイルの電流は磁場を作り出し、同じコイルに磁束を作り、電流の変化に対抗するコイル内の電圧を作ります。コモンモードチョークには、1の代わりに2つのコイルがあります。2つのコイルに反対方向に電流が流れると、それらは相殺する反対極性の磁場を作成するため、磁束を作成せず、コイルに電圧を誘導しません。
プーフー

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通常のコモンモードチョークの場合、差動モードインピーダンスは本質的にワイヤ抵抗まで減少しますが、コモンモードインピーダンスは誘導性が大きく、ワイヤ抵抗は小さなコンポーネントです。

インダクタンスが高いほど、コモンモード信号の減衰が大きくなるため、目標はインダクタンスを高くすることです。これにより、コアの飽和とコアの損失を回避することを目的とした設計につながります。したがって、強磁性コアからの非線形性を考慮しても、通常の2巻きの一般的なチョークは、コモンモード信号に対して本質的に誘導性のインピーダンスを示します。

したがって、チョーク内で消費される電力は非常に少ないため、コモンモード信号は本質的に「反射」して、元の位置から戻ります(理論#2)。

STのこの関連ドキュメントを参照してください。

特に、これらの抜粋(強調鉱山):


ここに画像の説明を入力してください

[...]

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明確に言うと、誘導性インピーダンスがソースへの反射を意味するという事実は、エネルギー保存の原則に依存します。コモンモード信号のエネルギーを消散させる(熱に変換する)ことを説明できる抵抗成分は本質的にないため、そのエネルギー別の場所に移動する必要があります:チョークに蓄積する磁場に(一時的に)保存されますそして、それがどこから来たのかを反映しました。


ただし、実際のCMチョークは、主に寄生容量が原因でより複雑な動作をし、インピーダンス曲線に共振ピークを示します(上にリンクされている同じドキュメントから)。

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興味深い、ありがとう:-)。下の図がわかりません。なぜ青い曲線-コモンモードインピーダンス-が30MHz未満の周波数でわずか3オームなのですか?実際、これらの周波数では、差動モードインピーダンスはコモンモードインピーダンスよりも高いようです。それは奇妙です
...-K.Mulier

@ K.Mulier上記の抜粋の方程式を理解していれば、それは奇妙なことではありません。Eq.8,9から、低周波数、すなわちf&toward; 0の場合、Z1diff = R1 abd Z2diff = R2であることがわかります。Eqs.6,7から、Z1cm≅ R1およびZ2cm≅ R2がわかります。この最後の近似等式は、結合係数kが1に近づくにつれて、より良く近似されます。これは理論的なものにすぎません。L1とL2がMに一致しない場合、Z1cmはZ1diffより大きくなります。Z2についても同様です。ところで、ここでインピーダンスの大きさについて話しています。
ロレンツォドナティはモニカをサポートします

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通常の差動電流の場合、2つの巻線はインダクタンスを効果的に「減算」するため、電流はほとんど妨げられません。

電流がコモンモードの場合、両方のコイルの完全なインダクタンスが存在するため、電流ははるかに強く妨害されます。

以下に役立つ画像を示します。電流の1つの方向を逆にしたときに得られるさまざまなインピーダンスを示す単一の入力と出力が示されています。

最初のシナリオは、ブロックしようとするコモンモード電流です:-

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