JAJSP12 データシート

JAJSP12A July 2024 – November 2025 LM5190-Q1

PRODUCTION DATA

7.1.1.5 EMI フィルタ

スイッチングレギュレータは最小入力電圧において最小となる負の入力インピーダンスを示します。LC フィルタの減衰不足は、フィルタの共振周波数に対して出力インピーダンスが高いことを示しています。安定性のため、フィルタの出力インピーダンスはコンバータの入力インピーダンスの絶対値よりも小さくする必要があります。

式 29.

Z_{I N} = |- \frac{{V_{S U P P L Y (M I N)}}^{2}}{P_{S U P P L Y}}|

パッシブ EMI フィルタの設計手順は以下のとおりです：

EMI フィルタに対して、スイッチング周波数で要求される減衰を計算します。ここで、C_IN はスイッチングコンバータの入力における既存の容量を表しています。
通常、入力フィルタインダクタ L_F は 1μH ～ 10μH に選択されますが、大電流設計での損失を低減するため、さらに小さい値にすることも可能です。
入力フィルタコンデンサ C_F を計算します。

図 7-2 降圧レギュレータ用のパッシブ π 段 EMI フィルタ

入力電流波形のフーリエ級数から最初に高調波電流を計算し、その値に入力インピーダンス (インピーダンスは既存の入力コンデンサ C_IN で定義) を乗算することにより、式 30 に示す必要な減衰を求める式が得られます。

式 30.

A t t n = 20 l o g (\frac{I_{L O U T (P E A K)}}{π^{2} \times f_{S W} \times C_{I N}} \times s i n (π \times D_{M A X}) \times \frac{1}{1 μ V}) - V_{M A X}

ここで、

V_MAX は、適用可能な伝導 EMI 仕様に許容される dBμV のノイズレベルです。
C_IN は、降圧レギュレータの既存の入力容量です。
D_MAX は、最大デューティサイクルです。
I_LOUT(PEAK) はピークインダクタ電流です。

フィルタ設計の目的のため、入力時の電流を方形波でモデリングすることができます。式 31 から、EMI フィルタ容量 C_F を決定します。

式 31.

C_{F} = \frac{1}{L_{F}} {(\frac{10^{\frac{|A t t n|}{40}}}{2 π \times f_{S W}})}^{2}

スイッチングレギュレータに入力フィルタを追加すると、制御から出力への伝達関数が変更されます。フィルタの出力インピーダンスは、入力フィルタが降圧コンバータのループゲインに大きな影響を与えないように、十分小さくする必要があります。インピーダンスは、フィルタの共振周波数でピークになります。パッシブフィルタの共振周波数は、式 32 で与えられます。

式 32.

f_{r e s} = \frac{1}{2 π \times \sqrt{L_{F} \times C_{F}}}

R_D の目的は、共振周波数におけるフィルタのピーク出力インピーダンスを低減することです。コンデンサ C_D は、入力電圧の DC 成分をブロックして、R_D での過剰な電力消費を防止します。コンデンサ C_D は、入力コンデンサ C_IN より大きな容量で、共振周波数において R_D よりも低インピーダンスの必要があります。この要件により、C_IN がメインフィルタのカットオフ周波数に干渉することを防ぎます。共振周波数におけるフィルタの出力インピーダンスが高い場合は、入力ダンピングを追加する必要があります (L_F と C_IN で形成されるフィルタの Q 値が大きすぎる場合)。式 33 に示されている値での入力ダンピングには、電解コンデンサ C_D を使用できます。

式 33.

C_{D} \geq 4 \times C_{I N}

式 34 を使用して、入力ダンピング抵抗 R_D を選択します。

式 34.

R_{D} = \sqrt{\frac{L_{F}}{C_{I N}}}