この文書では、伝導性放射をコモン モードと差動モード (それぞれ CM と DM1、DM2 と DM3) に分解することにより、三相電力線フィルタ (PLF) を正しく設計および最適化する方法について説明します。実際のテスト ケースを例として使用して、提案されたソリューションは、電力線フィルタの総コストとサイズを最小限に抑え、その性能を最適化することに重点を置いています。これは、被測定デバイス (DUT) の誘導放出の主要モードを測定および検出した後にのみ実行できます。

作業範囲
最近の三相アプリケーション、特に自動車分野に関連した急激な成長により、三相システムの伝導性放出 (CE) 測定が重要な関心事になっています。三相電力線フィルタ (PLF) を設計するには、さまざまな戦略と手法を使用できます。この記事の目的は、コモン モード (CM) と差動モード (DM1、DM2、および DM3) に関する情報が得られると、PLF の設計がいかに簡単になるかを示すことです。測定に使用される機器は、EMZER が設計および製造した革新的な EMI レシーバーである EMSCOPE-RX4 です。これは、CISPR-16 に従って定義された全体的な伝導性放射を測定するだけでなく、それらを CM と CM に分解する可能性を提供します。 DMも同様です。この情報は、特定の被試験装置 (EUT) に最適な電力線フィルタを実装するためにどのコンポーネントが必要であるかを正確に決定するための基礎となります。

導入
EMSCOPE RX4 は、最大 4 回線の伝導放射を同時に測定できるユニークな受信機です。さらに、三相システムのモードノイズを直接計算できる世界で唯一の受信機です。さらに、図 1 に示すように、4 つの過渡リミッタと、オプションで 16 A 単相デュアルポート V ネットワーク線路インピーダンス安定化ネットワーク (LISN) が統合されています。これらすべての機能により、あらゆる EUT および設計の測定が可能になります。適切な電力線フィルタの実装が容易になり、テストとエラーの実践にかかる数十時間を大幅に削減できます。

図 1. 16 A 単相デュアルポート ネットワーク LISN を含む (a) と含まない (b) EMSCOPE-RX4 イメージ。

三相測定

EMSCOPE-RX4 は、L1、L2、L3、または N での電圧を測定できます。

3 つの検出器 (ピーク、準ピーク、平均) を同時に使用します。ここではこれを EMI 測定と呼びます。

あるいは、EMSCOPE-RX4 はモード放射、つまりコモンモード (CM) およびディファレンシャルモード (DM) 放射を測定することもできます。この場合、測定される電圧は次のようになります。

三相システムでは、三相 L1、L2、L3 のバランスが取れていれば中性点 (N) を不要にすることができます。したがって、モーダル測定は以下に示すように計算されます [1、2]。

中性線を使用しない場合:

中性線を使用する場合:

実際のEUTを使用した実践例

この測定セットアップは、実際の三相 EUT の伝導性放射を測定するために使用されています。図 3 は、準尖頭値検出器を使用して LISN の回線端末で記録された伝導性放射の測定値と、CISPR 32 クラス A の制限値を示しています。EUT が準拠していないことがわかります。準尖頭値トレースは、スイッチング電源の高調波の 1 つにより 630 kHz および 5 MHzで制限を超えています。

図 3. ライン端子の準尖頭値検出器を使用した EUT の伝導放射。

したがって、製品を適合させるには、伝導性放出を軽減する必要があります。これは、EUT の電力線端子に電力線フィルタを挿入することで実行できます。このフィルタを取り付ける最適な場所は、フィルタされた電力線への電磁界結合を防ぐため、電力線ネットワークの端子がエンクロージャに入る場所です。可能であれば、金属製のエンクロージャを使用すると、フィルタ入力ケーブルとフィルタされた電源ラインからの容量結合をブロックできます。

図 4. EUT または PLN からの伝導性放射に対する電力線フィルタの影響。

電力線フィルタの最も単純な構造には、差動モードを軽減するために 3 つのラインと中性点の間に X タイプのコンデンサが含まれ、コモンモードを軽減するためにラインと中性点からグランドまでの間にコモンモード チョークと Y タイプのコンデンサが含まれています。図 5 は、三相電力線フィルタの例を、中性点なしと中性点ありでそれぞれ示しています。

図5. 三相電力線フィルタの基本構造。a) ニュートラルなし。b) ニュートラルの場合。

したがって、電力線フィルタの各コンポーネントはモード成分の 1 つにのみ影響を与えるため、各 EUT に適切な電力線フィルタを設計するには、測定された伝導放射のモードの性質を理解することが不可欠になります。ただし、電磁両立性 (EMC) 規格では、線路から大地まで、および中性点から大地までの伝導性放射測定が定義されているため、商用の電磁干渉 (EMI) 受信機は、これらの規格に基づいているため、コモン モードと差動モードを分離するように設計されていません。手順。したがって、ほとんどの EMC エンジニアは、モード放射を測定するための適切なツールを持っていないため、以前の製品では許容可能な結果が得られた商用電力線フィルタを使用するか、または長くて退屈な試行錯誤のプロセスを経て、新しいものを作りました。

EMSCOPE-RX4 を使用すると、EUT のモード伝導放射を測定できます。図 6 は、準尖頭値検出器で測定された EUT によって生成された伝導性放射のモード分解を示しています。

図 6. 準尖頭値検出器を使用した EUT のモード伝導放射。

モード分解のおかげで、DM3 が支配的なモードであると判断できます。他のモードノイズは制限値を下回っているため、追加の軽減は必要ありません。[3] によれば、差動モード ノイズ DM3 をフィルタリングするには 2 つの CX コンデンサが適切な要素です。コンデンサはライン 1-3 と 2-3 の間に配置する必要があります。この特定のケースでは、CX コンデンサの値は 0.47 uF です (最適な値を見つけるためにさまざまな値をテストできます)。図 7 は、ライン 1-3 と 2-3 の間に 2 つの X 型コンデンサを接続する前後で記録された DM3 を示しています。

図 7. DM3 なし (赤) とありの場合${\mathrm{Cx}}^{}$コンデンサー (青)。

見てわかるように、630 kHz では 21 dB の低減が達成され、5 MHzでは 30 dB 以上の低減が達成されています。さらに、図 8 と図 9 に示すように、これら 2 つのコンデンサを追加すると、DM1 モードと DM2 モードに減衰も追加されます。

図 8. DM1 なし (赤) とありの場合${\mathrm{Cx}}^{}$コンデンサー (青)。

図 9. DM2 なし (赤) とあり${\mathrm{Cx}}^{}$コンデンサー (青)。

予想どおり、図 10 に示すように、これらのコンデンサは CM ノイズに影響を与えません。

図 9. CM なし (赤) とあり${\mathrm{Cx}}^{}$コンデンサー (青)。

特定の EUT に最適な電力線フィルターを設計するには、モード ノイズを個別に測定する必要があることがわかります。この特定のケースでは、2 つの CX コンデンサで構成される電力線フィルタが最適な構成であることがわかりました。したがって、ライン 1 と 2 の間に配置された CX コンデンサやコモンモード チョークなどの他のコンポーネントはすべて冗長であり、PLF のサイズとコストの増加に寄与するだけでした。

この例では、モード放射の測定を提供できる唯一の商用機器である EMSCOPE を使用して、最適なフィルターの設計を簡単に取得し、設計設計の時間を節約し、より安価な最終製品を取得する方法を示します。