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EMI フィルタについての良くある質問と誤解

翻訳: T.Sato

はじめに

時には EMC とフィルタのための単純なアプローチが働くことがわかるが、 多くの場合、適当な EMC 設計を考慮し、EMC のソリューションを同定するために、 より踏み込んだ分析が必要となる。

機器設計のフィルタ選択段階で MPE 社に繰り返して尋ねられた質問の一部を以下に示す。

Q1.

30A フィルタを購入したが、使いたいのは 20A までである。 このフィルタが 30A においてのみ全ての性能を与え、 低い電流では低下した性能を与えるというのは本当か？

A1.

いいえ。 ほとんどのフィルタは、全定格電流までの範囲で、 提示された全ての性能を与えるだろう。 主な例外は、負荷電流が増えると磁芯が徐々に飽和し、 より低いインダクタンスを、そしてより低い性能を与えるであろう、 単線フィルタ設計に対するものである。 評判の良いフィルタ製造業者はこれを考慮し、 最悪条件 (全負荷状態) に基づいた性能値を示す筈である。

Q2.

10A フィルタを 12A で連続使用したい。 これは 20% の定格オーバーに過ぎないので、大丈夫だろうと思う。 これは正しいか？

A2.

いいえ。 フィルタ内の熱損失は I² に比例する。 従って、20% の過電流は、 受け入れることのできない 44% 高い熱損失を生じるであろう。 フィルタは、決して定格電流よりも上で連続使用すべきではない。

Q3.

240V 50Hz 電源フィルタを 120V 50Hz で使用できるか？

A3.

はい。 フィルタは、通常は、 電流定格を超えず、電源周波数がその周波数定格よりも大きくない限り、 その定格電圧までの任意の電圧での動作に適する。 AC フィルタを、少なくとも同じ動作電圧までの DC 電源で使用することも、 通常は可能である。 フィルタにトランジェント・サプレッサが付けられている時、 トランジェント抑制のレベルはこの新たな動作電圧のためには もはや最適ではないかも知れないことを覚えておくべきである。

Q4.

240V 50Hz フィルタを 115V 400Hz 電源で使用できるか？

A4.

時に、特にフィルタのコンデンサの容量が小さい時に。 主な問題は、フィルタ内のインダクタのコアとコンデンサに対する、 400Hz 電源の加熱効果である。 フィルタ・コンデンサについては、 400Hz 電源では漏洩電流が4倍ほど高くなるであろう。 400Hz 電源によるコンデンサの加熱は、高性能フィルタでは顕著なものとなり得る。 これはフィルタ設計での低損失のコンデンサの使用によって低減できるが、 加熱効果を加えるであろう 400Hz の高調波に対する慎重な考慮が必要である。 インダクタのコア内での、この付加的な加熱を考慮するために、 フィルタの電流定格の低減も必要となるかも知れない。 取り掛かる前に、フィルタ・メーカーにアドバイスを求めるべきである。

Q5.

より高い周波数の電源や非正弦波の電源でのフィルタの使用についてはどうか？

A5.

ある特定のフィルタに対して特定の電源が与え得る加熱効果を突き止めるために、 常に確認を行なわなければならない。 加熱効果は周波数とともに増加し、 その高い高調波成分のため、非正弦波形に対してはさらに目立つであろう。 標準的なフィルタが適したものとなりそうにはなく、 特殊な設計が実際的かも知れないので、 フィルタ・メーカーにアドバイスを求めるべきである。

Q6.

電源用 EMI フィルタを電源高調波のフィルタのために使用できるか？

A6.

一般にはできない。 電源高調波では低い周波数が最も目立ち、 非常に低いソース・インピーダンスを持つ。 そのフィルタのためには非常に大きな値のコンデンサとインダクタンスが必要であり、 このためには意図的に設計された高調波フィルタが必要である。 高性能の電源用 EMI フィルタは その阻止帯域に拡がる高次高調波の一部を低減するであろうが、 そのインピーダンスは充分に低くなりそうにはなく、 その静電容量とインダクタンスの値は 低次の高調波で何か大きな影響を持つのに充分に大きくはないであろう。 高性能電源線フィルタが、高レベルの高調波 ---例えば 5% THD 以上の--- を含むことがわかっているライン上に置かれるならば、 高調波が同じ電源上の変圧器、ケーブル、 そしてその他の電気機器を過熱させるのと同様、 高調波によって過熱しないフィルタを選択するように注意しなければならない。 これについてのアドバイスを得るためには、 フィルタ・メーカーに相談すべきである。

Q7.

10MHz 以上で顕著な抑制性能を必要としないのであれば、 貫通コンデンサを含むフィルタを使用する必要はないと言われた。 これは正しいか？

A7.

そうとは限らない。 その構造のため、貫通コンデンサは、その接続に、 2端子コンデンサよりも低い直列抵抗とインダクタンスを持つ。 従って、それらは、静電容量が大きい必要がある場合のような、 これらのパラメータが重要な状況で、より良い性能を与え得る。

Q8.

プリコンプライアンス試験から、ノイズのピークの除去のために、 50kHz で 30dB の減衰を持つフィルタが必要であることがわかった。 カタログから、50kHz で 40dB の挿入損失を持つと主張されているフィルタを選んだ。 回路に接続した時、このフィルタでは駄目であった。 何故か？

A8.

最もありそうな理由は、ノイズのソース・インピーダンスは 50Ω ではないが、 選択したフィルタがその挿入損失を 50Ω 系で規定していることである。 実際の系で所望の減衰を与えるフィルタが必要である。 あるいは、選択したフィルタは非対称モードでのみ減衰を与えるが ノイズが対称モードである、あるいはその逆であるのかも知れない。 特定のフィルタの 50Ω 以外の系での、 また双方の干渉のモードでの性能についてのガイダンスを与えられる フィルタ・メーカーと、その用途を詳細に議論すべきである。

Q9.

どのような場合に、フィルタを壁面に取り付ける必要があるか。

A9.

10MHz 以上での良いフィルタ性能のためには、 入力側と出力側のリードのあいだのバイパス結合を避けるために、 フィルタを壁面を通して、あるいは壁面に取り付けることが推奨される。 周波数が高くなるとその影響は悪化し、従って壁面への取り付け、 あるいはその代わりとしての遮蔽されたリードの使用が、ますます重要となる。 貫通コンデンサを含んでいない多くの単純なフィルタは、 いずれにしてもこの周波数で共振し、 従って壁面への取り付けによって得られる利益はわずかであろうが、 高性能フィルタは貫通コンデンサを用いており、 高い周波数では非常に顕著な利益が得られるであろう。

結論

だが、実際的な回路条件のもとでの全仕様を理解せずに カタログからフィルタを選択することは、 依然として期待される結果を与えないかも知れない。 これは、通常は抑制対象の回路のパラメータが適切に定義されておらず、 あるいは知られていないためである。 おそらく、最も良く理解されていないパラメータは 任意のインターフェースのソースとロードのインピーダンスであるが、 考慮されなければ問題を引き起こし得る、多くの他のパラメータがある。

評判の良いフィルタ製造業者は、所定の応用のための フィルタの最適な選択に関する公平なアドバイスを与えるように、 常に備えている筈である。 フィルタ・メーカーが特注の設計を提供できる場合、カスタム設計のフィルタが、 コスト意識の高い商業環境においてさえも 標準のカタログ製品よりも費用効果の良いアプローチを適用できることが、 しばしばわかる。 これは、それがその電気的な要求に正確に合うとともに、 その誂えられた機構的設計のおかげで設置も単純化できるためである。

これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。

Last update: 2009-11-30