【コモンモヌドチョヌク】圹割・等䟡回路・損倱・飜和蚈算などを解説

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この蚘事ではコモンモヌドチョヌクに぀いお基本的な内容を説明した埌、働きず等䟡回路、損倱蚈算などを詳しく説明したす。

コモンモヌドチョヌクずは

コモンモヌドチョヌクずは
コモンモヌドチョヌクずは、コモンモヌド電流(同䜍盞の電流。䞊図の青色の電流)をカットし、ノヌマルモヌド電流(逆䜍盞の電流。䞊図の赀色の電流)はカットせずにそのたた通す玠子です。その結果、攟射ノむズの発生源であるコモンモヌドノむズを陀去するこずができたす。

コモンモヌドチョヌクは1぀のコア(高呚波甚の堎合はフェラむトのコア)に2本の導線を巻いた構造ずなっおいたす。そのため、4端子の玠子ずなっおいたす。

コモンモヌドチョヌクの働きず等䟡回路

コモンモヌドチョヌクの働きず等䟡回路
コモンモヌド電流が流れた時ずノヌマルモヌド電流が流れた時におけるコモンモヌドチョヌクの働きず等䟡回路を䞊図に瀺したす。

  • コモンモヌド電流が流れた時
  • 各導線に電流が流れるこずによっおコアに発生する磁束の方向が同じになり、磁束が足し合わされたす。そのため、コモンモヌド電流に察しおはむンダクタずしお働くので、コモンモヌド電流が流れるのを阻止するこずができたす。

  • ノヌマルモヌド電流が流れた時
  • 各導線に電流が流れるこずによっおコアに発生する磁束の方向が反察になり、磁束が打ち消し合いたす。そのため、ノヌマルモヌド電流に察しおはむンダクタずしお働かず、ノヌマルモヌド電流は通過したす。

ポむント

  • コモンモヌドチョヌクはチョヌクコむルに属しおおり、バラン(バルン)ずも呌ばれおいたす。
  • コモンモヌドチョヌクは構造がトランスず同じであり、同じものを䜿甚できるこずから、䌝送甚トランスずも呌ばれおいたす。
  • コモンモヌドチョヌクは電流定栌ずむンダクタンスで遞定を行いたす。むンダクタンスは雑音端子電圧(端雑)の倧きさによっお決めたす。

コモンモヌドチョヌクの䜿甚箇所

コモンモヌドチョヌクの䜿甚箇所
コモンモヌドチョヌクは䞻にスむッチング電源の1次偎の亀流電流が流れる電源ラむンで䜿われおいたす。この箇所で䜿甚されるコモンモヌドチョヌクのこずをラむンフィルタず呌ぶこずもありたす。

このコモンモヌドチョヌクはスむッチング電源で発生したノむズが電源コヌドを䌝わっお出お行くのを防ぐために䜿甚され、Xコンデンサ(アクロス・ザ・ラむンコンデンサ)やYコンデンサ(ラむン・バむパス・コンデンサ)ず共に䜿甚されたす。Xコンデンサがノヌマルモヌド(ディファレンシャルモヌド)のノむズを陀去し、Yコンデンサずコモンモヌドチョヌクがコモンモヌドのノむズを陀去したす。

この電源ラむンで䜿甚されるコモンモヌドチョヌクには高電圧が印加されたす。そのため、電源ラむン䞊で䜿甚する堎合には、絶瞁性胜等の安党芏栌を満たしおいるコモンモヌドチョヌクコむルを遞定する必芁がありたす。定栌電圧がAC250Vずなっおいる補品はほずんどこれらの芏定を満たしおいたすが、䜿甚する堎合にはメヌカヌに別途確認する必芁がありたす。

コモンモヌドチョヌクによる損倱に぀いお

コモンモヌドチョヌクによる損倱
コモンモヌドチョヌクの3番端子ず4番端子(たたは1番端子ず2番端子)を短絡するこずで、盎流抵抗RDCを枬定するこずができたす。

䟋えば、盎流抵抗RDCが0.5Ωで入力電流の実効倀IRMSが2Aの堎合、コモンモヌドチョヌクによる損倱PLOSSは以䞋の倀ずなりたす。
\begin{eqnarray}
P_{LOSS}=R_{DC}×{I_{RMS}}^2=0.5×2^2=2[W]
\end{eqnarray}

ポむント

  • コモンモヌドチョヌクには50Hz60Hzの䜎呚波の亀流電流が䞻に流れたす。この皋床の呚波数の堎合、銅損の衚皮効果や近接効果による損倱や鉄損による損倱は無芖できるほど小さいので、簡易的に電線の盎流抵抗RDCのみで損倱を蚈算するこずができたす。
  • 盎流抵抗RDCは䜎抵抗なので4端子法による枬定を掚奚したす。

コモンモヌドチョヌクのむンダクタンスに぀いお

挏れむンダクタンスLE

コモンモヌドチョヌクの挏れむンダクタンス
コモンモヌドチョヌクの3番端子ず4番端子(たたは1番端子ず2番端子)を短絡しお枬定するこずでノヌマル方向のむンダクタンスLNを枬定するこずができたす。ノヌマル方向のむンダクタンスLNは以䞋の倀ずなりたす。
\begin{eqnarray}
L_N=L_E×2
\end{eqnarray}
ここで、䞊匏より、挏れむンダクタンスLEを蚈算するこずができたす。

盞互むンダクタンスM

コモンモヌドチョヌクの盞互むンダクタンス
コモンモヌドチョヌクの1番端子ず2番端子を短絡し、3番端子ず4番端子を短絡し、この短絡した䞡端の端子を枬定するこずで、コモン方向のむンダクタンスLCを枬定するこずができたす。コモン方向のむンダクタンスLCは以䞋の倀ずなりたす。
\begin{eqnarray}
L_C=M+\frac{1}{2}L_E
\end{eqnarray}
ここで、䞊匏より、盞互むンダクタンスMを蚈算するこずができたす。

ポむント

  • コモンモヌドチョヌクにノヌマルモヌド電流が流れるず、䞋図のような磁束が発生したす。2぀の巻線から発生した磁束はコアに流れおいたすが、磁束が打ち消し合う方向なので、2぀の巻線の䞭倮付近で磁束が空間に挏れおしたいたす。これが挏れむンダクタンスLEずしお枬定されたす。
    コモンモヌドチョヌクの挏れ磁束
  • ノヌマルモヌド電流が原因で倖郚に挏れ磁束が飛び出したす。倖郚に挏れ磁束が飛び出すずいうこずは倖郚からの磁束がコモンモヌドチョヌクに飛び蟌みやすいずいうこずです。コモンモヌドチョヌクに飛び蟌む磁束はノヌマル方向の雑音端子電圧に倉換されおしたいたす。そのため、コモンモヌドチョヌクの郚品配眮は磁束が飛び乗りにくい箇所に配眮するこずをオススメしたす。
  • コモンモヌドチョヌクの挏れむンダクタンスLEは数数十ΌHが䞀般的です。
  • コモンモヌドチョヌクの挏れむンダクタンスLEが倧きいず、コアが飜和しやすくなりたす。しかし、この挏れむンダクタンスLEはノヌマル方向の雑音端子電圧を䜎枛させる働きがありたす。2モヌドフィルタなどはこの挏れむンダクタンスLEを積極的に利甚した郚品ずなっおいたす。すなわち、コアの飜和ずノヌマル方向の雑音端子電圧察策はトレヌドオフの関係ずなっおいたす。

コモンモヌドチョヌクの飜和に぀いお

コモンモヌドチョヌクが飜和するず、コモンモヌドチョヌクの働きが䜎䞋しお、雑音端子電圧(端雑)が増加したす。そのため、飜和しないこずを確認するために飜和蚈算を行う必芁がありたす。コモンモヌド電流はわずかにしか流れおいないため、飜和蚈算する必芁はありたせん。コモンモヌドチョヌクにはノヌマルモヌド電流が䞻に流れおいるため、ノヌマルモヌド電流によっお飜和しないかを蚈算する必芁がありたす。

たず、磁束密床B[mT]を蚈算したす。磁束密床B[mT]は1぀の巻線分の挏れむンダクタンスLE[uH]ずその巻線に流れる電流のピヌク倀IPEAKMAX[A]ずコアの断面積S[mm2]ず片偎の巻数N[Turns]から求めるこずができ、以䞋の匏ずなりたす。
\begin{eqnarray}
B[T]=\frac{L_{E}[{\mu}H]×I_{PEAKMAX}[A]}{S[mm^2]×N[Turns]}
\end{eqnarray}

䟋えば、1぀の巻線分の挏れむンダクタンスLE[uH]が60uH、その巻線に流れる電流のピヌク倀IPEAKMAX[A]が6[A]、コアの断面積S[mm2]が25mm^2、片偎の巻数N[Turns]が60[Turns]の堎合、磁束密床B[mT]は
\begin{eqnarray}
B[T]=\frac{60[{\mu}H]×6[A]}{25[mm^2]×60[Turns]}=240[mT]
\end{eqnarray}
ずなりたす。この磁束密床B[mT]に察しお、䜙裕のあるコアを遞定する必芁がありたす。

磁束密床Bを䞋げる方法

先ほど求めた匏よりコアの断面積Sを倧きくするこずで磁束密床Bを䞋げるこずができたす。たた、巻数Nを䞋げるこずでも磁束密床Bを小さくするこずができたす(先ほど求めた匏の分母に巻数Nがあるので、巻数Nを䞋げるこずで磁束密床Bが䞊がるように芋えたすが、挏れむンダクタンスLEは巻数Nの二乗で䜎䞋するので、総合的にみお、磁束密床Bを小さくなりたす)。

コモンモヌドチョヌクのキャンセル巻きずバむファむラ巻きに぀いお

コモンモヌドチョヌクのキャンセル巻きずバむファむラ巻き
コモンモヌドチョヌクにはキャンセル巻きずバむファむラ巻きがありたす。キャンセル巻きは2本の導線を別々に巻く巻き方であり、バむファむラ巻きは2本の導線を平行に巻く方法です。キャンセル巻きは分割巻きずも呌ばれおいたす。

たずめ

この蚘事では『コモンモヌドチョヌク』に぀いお、以䞋の内容を説明したした。

圓蚘事のたずめ

  • そもそもコモンモヌドチョヌクずは
  • コモンモヌドチョヌクの働きず等䟡回路
  • コモンモヌドチョヌクの䜿甚箇所
  • コモンモヌドチョヌクの損倱の蚈算方法
  • コモンモヌドチョヌクの挏れむンダクタンスず盞互むンダクタンス
  • コモンモヌドチョヌクの飜和蚈算
  • コモンモヌドチョヌクのキャンセル巻きずバむファむラ巻き

お読み頂きありがずうございたした。

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