『ノーマルモードノイズ』と『コモンモードノイズ』の違いや原因について

ノイズは大きく伝導ノイズと放射ノイズの2つに分けられます。

そのうち、伝導ノイズは伝導の方法によって、2種類に分類されます。1つは電源ライン間や信号ライン間に発生するノーマルモードノイズです。このノーマルノイズは「ディファレンシャルモードノイズ」とも呼ばれています。もう1つは電源ラインや信号ラインとGND間に発生するコモンモードノイズです。この記事では、この2種類のノイズの特徴や違い、原因について詳しく説明します。

ノーマルモードノイズ

ノーマルモードノイズは、ノイズ源が電源ラインに対して直列にあります。そのため、電源ライン間にノイズ電圧が発生します。また、信号源の電流と同一の経路でノイズ電流が流れており、大地に対して電源ライン間に流れるノイズ電流は逆方向で同じ大きさであるのが特徴です。

ノーマルモードノイズは大地に対して電源ライン間に流れるノイズ電流が逆になることからディファレンシャルモード(Differential mode)ノイズとも呼ばれています。

補足

ノーマルモードノイズにおけるノイズ電流の経路は逆方向なので、適切な配線をすれば、電磁波が打ち消し合い、放射ノイズが少なくなります。

ノーマルモードノイズの対策

電源の入力側対策

Xコンデンサやノーマルモードチョークコイルを接続することで、電源で発生したノイズが入力側に出ていくのを防止します。Xコンデンサによってノーマルモードノイズにおけるノイズ電流をバイパスします。このXコンデンサには容量の大きなフィルムコンデンサなどを使用します。ノーマルモードチョークコイルによってノイズ電流が入力側に流れるのを阻止します。

電源の出力側対策

電源と負荷の配線を太く、短く配線します。
ローパスフィルタを入れます。バイパスコンデンサによってノイズ電流をバイパスし、チョークコイルやフェライトビーズによってノイズ電流が出力側に流れるのを阻止します。
電源と負荷を同一の筐体に接続します。電源の筐体と負荷の筐体が別々の場合には、インダクタンス成分が多い電線で結ばずに、金属板で挟みます。つまり筐体を安定電位として、ノイズ源の電源とノイズの受ける負荷を安定電位である筐体から低インピーダンスにします。

コモンモードノイズ

コモンモードノイズは、ノイズ源が電源ライン間と基準GND間にあります。そのため、電源ラインと基準GND間にノイズ電圧が発生します。また、大地に対して電源ライン間に流れるノイズ電流は同方向であるのが特徴です。このコモンモードノイズは、浮遊容量などを介して流れたノイズ電流が大地や筐体を通ってノイズ源に戻ってきます。

補足

コモンモードノイズにおけるノイズ電流の経路は同方向なので、電磁波が重なって強くなります。そのため、放射ノイズに大きな影響を与えます。したがって、EMI対策では、ノイズ電流経路を適切に管理することが、コモンモードノイズを抑制するために必要となってきます。
コモンモードノイズにおけるノイズ電流の経路はノーマルモードノイズにおけるノイズ電流と比べて管理が難しくなっています。
浮遊容量はとても小さいですが、信号周波数が高くなると微小な浮遊容量でもインピーダンスが低くなります。そのため、コモンモードノイズにおけるノイズ電流が流れやすくなります。電源回路等のGNDの揺れによってノイズ電流が浮遊容量を通ることで、コモンモードノイズが発生します。

コモンモードノイズの対策

電源の入力側対策

Yコンデンサやコモンモードチョークコイルを接続することで、電源で発生したノイズが入力側に出ていくのを防止します。Yコンデンサによってコモンモードノイズにおけるノイズ電流をバイパスします。このYコンデンサにはセラミックコンデンサなどを使用します。コモンモードチョークコイルによってノイズ電流が入力側に流れるのを阻止します。

電源の出力側対策