フィルタが失敗する理由について話しましょう

この記事では、適切なフィルタリングの落とし穴について簡単に説明します。 機能すると思われるフィルタが実際の回路に組み込まれると機能しないことがよくある理由をいくつか見ていきます。 それでは…フィルターが失敗する理由について話しましょう。

特定のニーズに対して可能な限り最高のパフォーマンスを備えた、可能な限り最良のフィルターであると考えられるものを調査し、見つけるために数え切れないほどの時間を費やしたことがありますか? そして、一度インストールすると、RF 放射がほとんど抑制されないことがわかりましたか? この性能不足の理由の 1 つは、フィルタ メーカーがコモン モード (CM) またはディファレンシャル モード (DM) ノイズの減衰特性をテストしたが、どちらを使用したかが仕様から明らかでないことが考えられます。 エミッションの問題が主に CM であるにもかかわらず、フィルタの減衰が DM に指定されている場合、フィルタを正常に実装する際に問題が発生します。

もう 1 つの問題は、フィルターの性能をテストするために使用される規格 (通常は MIL-STD-220) に関連している可能性があります。 通常、フィルタは、dB 単位で表される挿入損失 (IL) によって特徴付けられます。 これは、フィルターの挿入による特定の周波数での負荷の減少の尺度です。 フィルタの IL はソースと負荷のインピーダンスに依存するため、端子の負荷/ソース インピーダンスとは独立して記述されるべきではありませんが、多くの場合 MIL-STD-220 に従っています。 測定器、ソースおよび負荷インピーダンス、入力減衰器、およびその他のコンポーネントは、理想的な 50Ω 特性インピーダンスを持つように指定されています。 これと同じ理想的な 50Ω インピーダンスを持つ電源入力回路のようなものは稀です。 フィルターが実際に認識する負荷インピーダンスは、50Ω に正確に一致するわけではありません。 また、入力アッテネータには直列インピーダンスがあり、共振を減衰させることができます。 これは、テストに使用された減衰器が最終製品には存在しないため、問題になります。

テスト中の印加電流も別の問題です。 このテスト方法では、テスト中にフィルタに電流を流す必要がないため、フィルタが意図する回路にはどうやっても適合しません。 直流電流が流れている場合、フィルタ内のインダクタンスの値が異なる場合があります。 指定された電流範囲外で使用すると、チョークが飽和し、本来の意図したインピーダンスを供給できなくなる可能性があります。

これらの理由から、完全なフィルタのテスト状況とは、必ずしも標準的な方法に従うわけではなく、特定の EMI テストの電源インピーダンスに合わせて調整され、製品用に計画され、予想される電流引き込みで動作する実際のスイッチング電源を利用する状況です。 。 潜在的なユーザーに最良の結果と情報を提供するには、フィルターの挿入損失または減衰特性を無負荷および全負荷の電流レベルで確立する必要があります。

シールドされていないフィルター要素も問題を引き起こす可能性があります。 フィルタ コンポーネントがシールドされておらず、スイッチング電源や高速立ち上がりデジタル論理回路などのノイズ源を含む PCB に実装されている場合、多くの場合、ノイズがフィルタ コンポーネントとフィルタへの入力接続の両方に結合します。 この不要なクロストークにより、フィルターの減衰能力が部分的に、または完全に低下します。 フィルタへの入力/出力電力線が互いに近づきすぎると、同様の状況が発生する可能性があります。 この問題は、電力線フィルタをシールドし、入力電源コネクタがフィルタ エンクロージャに取り付けられた状態で装置のエンクロージャの壁に取り付けることで軽減できます。 入出力接続を互いに遠く離れた場所に保つことも役立ちます。

I/O 信号ラインにローパス フィルターを追加すると、フィルターが期待したほどエミッションを低減しないことに気づく場合があります。 問題は、CM ノイズが各ラインとグランド (リターン) パスに存在することである可能性があります。 CM ノイズ電流は、グランド経路を含むすべてのラインに均等に流れることに注意してください。 このシナリオでは、CM ノイズを抑制するためにコンデンサを使用すると、汚れたデジタル グラウンドからクリーンな信号ラインにノイズが運ばれるため、状況がさらに悪化する可能性があります。 より良い結果を得るには、コンデンサを取り除くか、ノイズの多いデジタル アースをクリーンな (シャーシ) アースに接続してみてください。 この場合、コモンモードチョークは、コンデンサを接地するソリューションよりも優れたソリューションである可能性があります。

寄生素子によりフィルターの高周波応答が低下する可能性があることを忘れないでください。 私たちは、ローパス フィルターのほぼ理想的な低域および中域の周波数応答が、周波数が上昇しても続かないという事実を見落としがちです。 寄生容量のため、フィルタの実際の減衰は、スイッチング周波数の高調波 (数メガヘルツ程度) で大幅に低下する可能性があります。 これらの寄生虫を減らす方法を探してください。 等価直列抵抗 (ESR) が低いコンポーネントを選択し、リードを短く、太く、平らに保ちます。

実際には、フィルター コンポーネントには許容差、飽和、寄生、結合の問題が発生します。 慎重な事前検討、計画、適切な知識があれば、これらの問題を考慮して軽減できるため、フィルターが期待どおりに機能しない理由に疑問を抱く必要がなくなります。 今後のフィルタリング作業の成功を祈っています。

フィルターコンポーネントフィルターテストフィルター製品の洞察

ドン・マッカーサーは In Compliance Magazine のゲスト寄稿者です。 彼は、製品開発、EMC、テスト、製品安全性コンプライアンスにおいて 30 年以上の経験があります。 彼は軍事、商業、産業用途向けの製品を開発してきました。

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