ケーブル・フェライトコア

電気トランスやインダクタには、磁心であるフェライト・コアが頻繁に使用される。フェライトコアにはさまざまなサイズと形状があり、セラミック材料で作られている。高い透磁率、低い導電率、高周波損失を減少させる能力により、フェライトコアは電気機器のノイズレベルやコモンモード電流を下げるのに有用である。

このブログでは、フェライトコアがどのようにして電線のEMIを低減することに成功したかを見ていきます。

EMIを抑制するためにケーブルにフェライト・コアが使われるのはなぜですか？
電子機器はノイズを低減するためにフェライト・センターを採用している。高周波抵抗をワイヤーに組み込むことで、コモンモード電流と放射を低減する効率的な方法である。フェライト・センターは、キーボード、マウス、コンピュータの接続によく見られる。
ガジェットが外部変圧器や他の電源から給電される場合、電源ラインにもフェライトコアが使用される。

コモンモードチョークとして機能するコアにより、ケーブルの伝導および/または放射が低減されます。さらに、高周波ワイヤーの引っ掛かりを軽減する効果もあります。フェライトコアは、基本的に直流または低周波では抵抗ゼロの高周波抵抗器として機能します。

特に10MHz以上の望ましくないノイズ伝送を減衰させるのに重要な役割を果たす。しかし、この周波数ではインピーダンスが比較的低いため、10MHz以下の低周波ケーブル伝送にはあまり役に立たない。フェライトコアの抵抗値を上げるために多巻線を使用することもできますが、そうするとコアの高周波性能が低下し、巻線間容量が増加します。

フェライトコアの仕様と意義
フェライト・センターは、その組成と構造によって、電磁干渉を遮断する機能が異なる。透磁率が成分によって異なるため、抵抗値も異なるからだ。

特に10MHz以上の望ましくないノイズを減衰させるのに重要である。しかし、10MHz以下の低周波ケーブルのリークには、インピーダンスが低すぎて機能しないため、あまり役に立ちません。フェライトコアの抵抗値を上げるには多巻きが有効ですが、そうすると巻線間キャパシタンスが上昇し、コアの高周波性能が低下します。

フェライトコアの特性と意義
使用される材料や形状によって、フェライト・センターは電磁干渉の低減という点で異なる機能を果たす。さまざまな材料がさまざまな透磁率を持ち、したがってインピーダンスも異なるからである。

フェライト材料の使用は、リアクタンスと抵抗成分の関係にも影響する。フェライトセンターの特徴

したがって、磁場がなければインダクタンスも抵抗もない。

インダクターは、コモンモード電流を減少させるために、フェライト・センターにワイヤーを取り付けることによって作られる。その結果、どのような電流でも、コアにインダクタと同様の磁界を発生させる。その結果、周波数の上昇とインピーダンスの上昇という両方のメリットを得ることができる。

コモンモードチョークは、コモンモード電流に対して高抵抗を示し、ディファレンシャルモード電流に対して低インピーダンスを示す機構である。チョークの高抵抗がコモンモード電流の発生を阻止する。このために使用されるフェライト・コアの損失は最小限であるため、コモンモード電圧はコア内部の熱に変換される。

ケーブルやワイヤーアセンブリのコモンモード電流は、故障の主な原因です。この電流は、グランドプレーンや近くのワイヤーなど、予期せぬ経路を経由して戻ってくることもあります。回路では、コモンモード電流は最も抵抗の少ない経路をとります。

結論
電線のノイズを低減する目的で、フェライトセンターは理想的な選択肢です。電源ケーブルに使用することで、様々な電気的ニーズに対応し、その性能を向上させることができます。電線の電磁放射の問題を防止する目的で、コスモフェライツは最高品質のフェライトコアを製造しています。フェライトコアの効率やアプリケーションの使用方法について詳しくお知りになりたい場合は、当社のチームにご相談ください。

フェライト・ビーズとは？
フェライトビーズは、電源ラインの高周波信号を抑制することができる受動的な電気部品です。ノートパソコンの電源コードなど、特定の機器に接続される電源/アースラインのペアの周囲に設置されることが多い。導体を取り囲む磁気コアは、高周波信号の存在下で逆起電力を引き起こし、ファラデーの法則に従ってフェライトの周波数応答を本質的に減衰させる。標準的なフェライトビーズはCoilcraftのような専門メーカーから入手できますが、作業によっては特注のビーズが必要になることもあります。

フェライトは磁性体であり、電源／グラウンド・ラインの周囲にフェライト・クランプで配置されると、そのラインを通過する信号に対して誘導インピーダンスのソースを提供する。このため、単純なインダクタだと思われるかもしれないが、そうではない。実際のところ、フェライトビーズは非線形部品であり、フェライトにかかる負荷電流と電圧降下が変化すると、フェライトビーズが供給するインピーダンスも変化する。フェライトビーズの簡略化された回路モデルは、その周波数特性を把握するのに役立つ。ただし、これらの特性は電流や温度によって変化する可能性があることに留意されたい。

フェライトビーズが果たす役割とは？
フェライトビーズインピーダンスは誘導性であるため、フェライトビーズインダクタは高周波信号を減衰させるために電子部品に採用されている。フェライトビーズチョークを電子機器に接続する電源ラインに接続すると、電源接続やDC電源からの出力に存在する可能性のあるスプリアス高周波ノイズを低減することができます。このフェライトクランプの使用は、スイッチモード電源が使用するようなノイズ低減のためのいくつかのアプローチの一つである。フェライト・フィルターとしてフェライト・ビーズを使用するこの方法は、伝送されるEMIを抑制し除去する。

EMIフィルタービーズ/電源フィルタービーズは、多くの場合、特定のDC電流しきい値に対して定格されており、これはフィルターとしてのフェライトビーズの多くの用途の一つである。指定された値を超える電流は、部品に害を及ぼす可能性がある。問題は、熱がこの限界値に大きな影響を与えることである。定格電流は、温度が上昇するにつれて急速に低下する。フェライトのインピーダンスも定格電流の影響を受ける。フェライトビーズは、直流電流が上昇すると「飽和」してインダクタンスを失う。飽和は、それなりに大きな電流で最大90%までフェライトビーズのインピーダンスを低下させる。

インダクタとフェライト・ビーズの比較

フェライトビーズはインダクタとして扱われることがあるが、フェライトビーズインダクタは正常には動作しない。フェライトビーズの挙動をインダクタの挙動と比較するには、ビーズを通してアナログ信号を送信し、周波数を複数の桁にわたって掃引します。フェライトビーズの周波数掃引データをボード線図上にプロットすると、同じ低周波特性を持つインダクタよりも、フェライトビーズの方が高周波でのロールオフがシャープであることに気づくでしょう。

直列抵抗と結合されたRLCネットワークと並列に、フェライトビーズは抵抗器と同様にコンデンサやインダクタとして表現されることがある。直列抵抗は、直流(DC)に対するデバイスの抵抗を測定する。この概念では、インダクタは高周波信号を減衰させること、すなわちファラデーの法則によって誘導インピーダンスを生成することを主目的とするフェライトビーズを表します。このモデルでは、並列抵抗が高周波でフェライトビーズ内に生じる渦電流損失を補償する。最後に、このアプローチでは、コンデンサが部品固有の寄生容量を補償します。

フェライト・ビーズのインピーダンス曲線は、ほんのわずかな帯域において、主に抵抗性インピーダンスが非常に高いことを示している。この狭い領域では、ビーズのインダクタンスが支配的である。周波数が高くなると、フェライトビーズのインピーダンスは容量性になり、急速に減少する。周波数が高くなるにつれて、容量性インピーダンスはごくわずかな値に減少し、フェライトビーズのインピーダンスは完全に抵抗性のように見える。

フェライトの原理を理解したなら、次はガジェット用にフェライトビーズを選ぶ番だ。これは難しいことではなく、デザイン用にフェライトビーズを選ぶ方法を知りたければ、単にビーズの仕様に注意を払うだけでよい。私のデザインにフェライトビーズが必要なのか、とお聞きになるかもしれません。多くの技術的な決定と同様、その解決はそう簡単ではありません。あなたの基板がある周波数範囲内で伝導EMIに遭遇し、これらの周波数を減衰させる必要があることがわかっている場合、フェライトビーズはあなたの設計にとって正しい解決策かもしれません。

より深く考えることなく、フェライトビーズはその誘導活性に基づいて「高周波を減衰させる」と考えるのは簡単である。しかし、フェライトビーズは狭い範囲の周波数しか減衰させることができないため、広帯域のローパスフィルターとしては機能しません。フェライト・ビーズを選び、抵抗帯域の中で不要な周波数があるところをチョークする必要があります。低すぎても高すぎても、ビーズは期待した効果を発揮しません。

設計に使用するフェライトビーズを選択する前に、そのフェライトビーズのインピーダンス対負荷電流曲線を提供できるかどうかをメーカーに確認してください。フェライトビーズをどのように選んだらよいのかわからない場合に活用できる最も優れたツールです。負荷電流が非常に大きい場合、許容周波数範囲内で飽和したりインピーダンスを失ったりすることなく、負荷電流に耐えられるフェライトビーズを選ぶ必要があります。