電源線路用共模濾波器的特點(diǎn)

安全性和舒適性不斷增強(qiáng)的汽車搭載了很多電子設(shè)備。電子電路有信號線路和電源線路，需要分別采取防噪聲對策。TDK的共模濾波器的特點(diǎn)是可以根據(jù)用途分別提出多種產(chǎn)品陣容，準(zhǔn)備了追求小型薄型化的產(chǎn)品群、為了在車載用途中能應(yīng)對嚴(yán)格的環(huán)境條件，采用獨(dú)有端子結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品群。本章將介紹電源線路用共模濾波器。

目錄

DC輸入濾波器電路基本構(gòu)成

正常（差分）模式噪聲和共模噪聲

車載ECU用DC-DC轉(zhuǎn)換器的趨勢

FM頻帶的噪聲變大的原因

TDK車載電源線路用共模濾波器的特點(diǎn)和產(chǎn)品陣容

總結(jié)

電源線路用共模濾波器的應(yīng)對措施例子 (myTDK)

DC輸入濾波器電路基本構(gòu)成

DC輸入濾波器電路的濾波構(gòu)成受基板圖案的接地方法很大影響，需要根據(jù)使之衰減的頻帶和噪聲傳播途徑分別使用適當(dāng)?shù)牟考Ｔ贓MI對策中，設(shè)計(jì)初期階段最好采用能配置電感器（L）、電容器（C）、共模濾波器（CMF）的圖案構(gòu)成。

濾波器構(gòu)成示例

正常（差分）模式噪聲和共模噪聲

傳導(dǎo)噪聲有正常（差分）模式噪聲和共模噪聲兩種。正常模式噪聲發(fā)生在電路線路之間并逆相流動(dòng)，共模噪聲發(fā)生在電路線和接地線路之間并同相流動(dòng)。采取噪聲對策時(shí)，需要確認(rèn)是在哪種模式下發(fā)生的，使用適當(dāng)?shù)膶Σ卟考?br /> 為正常模式噪聲使用電感器、電容器，為共模噪聲使用共模濾波器。

傳導(dǎo)噪聲的傳導(dǎo)方式

正常模式噪聲

流過電路線路的噪聲（在線路中逆相流動(dòng)）

圖4

共模噪聲

流過框架地線的噪聲（與線路同相流動(dòng)）

圖5

車載ECU用DC-DC轉(zhuǎn)換器的趨勢

不斷電子化的汽車搭載了很多ECU，需要采取共模噪聲的對策。現(xiàn)在的汽車ECU的DC-DC轉(zhuǎn)換器為了避開AM頻帶，DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率變?yōu)?MHz，高頻范圍的噪音對策變得很重要。

圖6：各應(yīng)用使用的頻帶

當(dāng)開關(guān)頻率變?yōu)?MHz時(shí)噪聲的變化

傳導(dǎo)噪聲電壓法

條件：輸入5V-輸出1.2V/2A，無輸入濾波器
當(dāng)開關(guān)頻率達(dá)到2MHz時(shí)，基本電波達(dá)到AM頻帶以上，F(xiàn)M頻帶的噪聲變大。

圖7：開關(guān)頻率：400KHz

圖8：開關(guān)頻率： 2MHz

作為參考，記載CISPR25 Level5(Peak)的標(biāo)準(zhǔn)值

FM頻帶的噪聲變大的原因

FM頻帶噪聲變大的原因是，當(dāng)開關(guān)的上升速度變快時(shí)，高頻成分變大。由于框架接地的寄生電容，高頻成分的共模電流變得容易很快下降。

1）當(dāng)開關(guān)的上升速度變快時(shí)，高頻成分變大。

圖9

圖10：梯形波的頻譜

2）頻率高的成分由于框架接地的寄生電容，共模電流變得容易很快下降。

圖11

根據(jù)接地方法，寄生電容的變化很大，所以很難預(yù)測共模噪聲，若要采取共模噪聲的對策，共模濾波器很有效

3）如果針對共模的噪聲對策不充分，導(dǎo)致誤動(dòng)作的可能性增大。

假設(shè)頻率80MHz的噪聲電流1μA流過了20cm的電纜環(huán)面積20cm2。
距離1m的地方的電場強(qiáng)度的值是

ED＝ 0.084μV/m
EC＝9μV/m

即使是相同的電流值，共模電流的影響也很大（在上述例子中約為100倍）

各模式下的輻射大小
差動(dòng)電流：ID
共模電流：IC
假設(shè)線路長度：L線間：ｓ
距離：d，
根據(jù)以下公式求得。

TDK車載電源線路用共模濾波器的特點(diǎn)和產(chǎn)品陣容

TDK正在擴(kuò)大應(yīng)對各種DC電源線路的大電流（最大到8A）的產(chǎn)品陣容。產(chǎn)品在廣泛的頻帶內(nèi)確保高阻抗，使用溫度范圍應(yīng)對“Ta（環(huán)境溫度）=-40~125℃”。

應(yīng)對應(yīng)用示例

產(chǎn)品陣容

Item			共模阻抗(at 100MHz)		直流電阻	額定電流	額定電壓	絕緣電阻
			(Ω) min.	(Ω) typ.	(mΩ) max.	(A) max.	(V) max.	(MΩ) max.
	ACT32P-102-2P-TL00	3.2x2.5x2.5	-	1000	250	0.65	80	10
	ACM55V-701-2PL-TL00(正在開發(fā))	5.5x5.5x3.5	-	700	-	3.0	80
	ACM70V-701-2PL-TL00	7.0x6.0x3.5	500	700	15	4.0
	ACM90V-701-2PL-TL00	9.0x7.0x4.5	500	700	10	5.0
	ACM90V-152-2PL-TL00		1100	1500	16	3.6
	ACM12V-701-2PL-TL00	12.0x11.0x6.0	500	700	6	8.0
	ACM12V-172-2PL-TL00		1200	1700	12	4.8

表1

產(chǎn)品的特點(diǎn)

寬帶和高噪聲抑制效果

FM頻帶、Celllular頻帶等代表的頻帶也具有高共模阻抗。

低背設(shè)計(jì)

采用3.5mm Max. 的低背設(shè)計(jì)，最適合必須進(jìn)行屏蔽的低背設(shè)計(jì)ECU。

總結(jié)

隨著DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作頻率的高頻化，F(xiàn)M頻帶的噪聲對策越來越重要。關(guān)鍵是在采取EMI對策的基礎(chǔ)上，劃分正常模式噪聲和共模噪聲，特別是，由于共模引起的噪聲有時(shí)會受圖案及層構(gòu)成、接地方法的影響。若要采取共模噪聲對策，共模濾波器很有效。如下圖所示，僅正常模式濾波器無法完全降低50MHz以上的噪聲，但同時(shí)使用共模濾波器可以降低50MHz以上的噪聲。
如果EMI因?yàn)楣材Ｔ肼暡缓细?，使用共模濾波器采取對策很有效，但是之后追加時(shí)，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，所以建議在設(shè)計(jì)階段時(shí)預(yù)先準(zhǔn)備好可以搭載的圖案。

審核編輯：彭菁