カスタム common mode choke——EMI 抑制用の DC・AC Line CMC

febetek は、EMI 抑制向けの DC ライン・AC ライン コモンモードチョーク(common mode choke、CMC)を台湾で設計・製造するマグネティクスメーカーです。febe Inc.(2016年創業)は「Precision Magnetics. Faster Charging.」を掲げ、精密マグネティクスとして EMI コモンモードチョーク、インダクタ、トランスを手がけています。カタログに理想の品番が見つからない場合は、お客様の仕様に合わせてカスタム CMC を設計します。まずは お見積もりを依頼 してください。

コモンモードチョークとは?(コモンモードとディファレンシャルモードの違い)

コモンモードチョーク(common mode choke)とは、1つの共有コアに2つの巻線を巻いた磁性部品で、コモンモードノイズに対しては高インピーダンスを示し、信号(ディファレンシャルモード)電流はほとんど妨げずに通過させます。

その仕組みは巻き方にあります。2つの巻線は、コモンモード電流(両ラインを同じ向きに流れる同相成分)が作る磁束が加算されるように巻かれます。磁束が加算されることでコアは大きなインダクタンスを呈し、コモンモードノイズに対して高いインピーダンスとなって減衰させます。一方、ディファレンシャルモード電流(往路と復路、すなわち本来の信号と帰還電流)が作る磁束は互いに打ち消し合うため、ディファレンシャル信号はわずかな漏れインダクタンスだけを感じて低インピーダンスで通過します。この「コモンモードには高インピーダンス、ディファレンシャルモードには低インピーダンス」という非対称性が、CMC が電源・データラインから不要なノイズだけを選択的に除去できる理由です。

この原理は Coilcraft の "Designing Common Mode Filters" や Würth Elektronik / TDK のアプリケーションノートといった業界文献で詳しく解説されています。

インピーダンス対周波数 — CMC が実際にノイズを減衰させる仕組み

CMC の性能は、コモンモードインピーダンス Z_CM を周波数の関数として見ることで理解できます。業界文献(Coilcraft 等)が示す典型的な Z_CM 対周波数特性は、おおむね次の3つの領域に分かれます。

• 誘導性領域 — 低周波側では、インピーダンスは巻線のコモンモードインダクタンスに支配され、周波数とともにほぼ直線的に上昇します。
• Z_CM ピーク — コアのインダクタンスと巻線間の寄生容量が共振する点で、インピーダンスが最大となります。この周波数付近が最も減衰効果の高い帯域です。
• 容量性ロールオフ — ピークを超えると寄生容量が支配的になり、インピーダンスは低下していきます。

業界一般の目安として、コモンモードチョークが有効に減衰できる帯域はおよそ 10 kHz から 10 MHz の範囲とされます(vendor 文献による典型値)。この使用可能帯域の上限と下限を決めるのが、漏れ(ディファレンシャル)インダクタンスと巻線間容量です。巻線間容量が大きいほど自己共振周波数が下がり、高周波側の減衰が早く頭打ちになります。

一次近似のサイジングとしては、Coilcraft の "Designing Common Mode Filters" が示すように、目標とするインピーダンス R を所望の周波数 f で得るために必要なインダクタンスを L = R / (2π f) で見積もる方法があります(Coilcraft の解説式に基づく業界一般の手法)。実際の設計では、これに一次・二次フィルタの構成や寄生要素を加味します。

上記の数値・帯域はいずれも vendor 文献に基づく industry-typical な値であり、febetek の特定品番の実測値ではありません。

DC ライン CMC と AC ライン CMC — 何が違うか

febetek は EMI カテゴリ配下に、DC Line Common Mode Chokes と AC Line Common Mode Chokes の2つのシリーズを展開しています。両者は同じコモンモード抑制の原理を用いますが、対象とする回路が異なるため設計の要点が変わります。

• DC ライン CMC — DC バスやデータラインのノイズ抑制を担います。動作電圧クラスが相対的に低く、DC 母線や I/O ラインに重畳するコモンモードノイズを抑える用途に向きます。
• AC ライン CMC — 商用電源(mains)入力に置かれ、ラインフィルタの役割を担います。AC 入力では沿面距離(creepage)・空間距離(clearance)と安全絶縁の要求が DC ラインより厳しくなるため、これらの安全要件を満たす構造が求められます。

つまり「DC バスのノイズ抑制か、AC mains のラインフィルタか」という用途の違いが、コアサイズ・ターン数・絶縁設計を決めていきます。AC mains 側ほど高い絶縁・沿面距離が必要になる、という DC バス対 AC mains の区分自体は業界一般の考え方です。

それぞれのシリーズページはこちらです — DC Line Common Mode Chokes / AC Line Common Mode Chokes。febetek は両方を EMI シリーズとして提供していますが、現時点で品番ごとのインダクタンス・定格電流・DCR の確定値は公開していません(仕様に応じてお見積もり時に提示します)。

RFQ の前に定義すべき仕様 — febetek がお客様の仕様どおりに作るもの

カスタム CMC のお見積もりをスムーズに進めるため、以下のパラメータをあらかじめ定義しておくことをおすすめします。具体的な数値の上限・下限は、febetek が実際の仕様に対して見積もるため、ここでは「TBD(仕様に応じて確定)」としています。

| パラメータ | febetek の対応 |
|---|---|
| インダクタンス / Z_CM ターゲット | カスタム — お客様の仕様に応じて設計(具体値は TBD) |
| 定格電流(rated current) | カスタム — 仕様に応じて(上限値は TBD) |
| 動作電圧(working voltage) | カスタム — DC ライン / AC ライン区分に応じて |
| 直流抵抗(DCR) | カスタム — 巻線設計に依存(具体値は TBD) |
| 沿面距離・空間距離 / 絶縁クラス | カスタム — 適用する安全規格に応じて |
| コア材料 | カスタム — 動作周波数帯に合わせて選定 |
| 実装形態(PCB スルーホール / SMD) | カスタム — 基板要件に応じて |
| パッケージ高さ(低背要件) | カスタム — 最小高さは TBD |
| 数量 / リードタイム | 仕様に応じてお見積もり(公開数値なし) |

febetek が提供できる製造能力は確かな事実として記載します — PCB 巻線およびリードフレーム巻線、カスタムのターン数・絶縁・外形(form factor)、そして UL 認定絶縁システム(UL E533808、製品レベル)のもとでの製造です。一方、定格電流の範囲・DCR・インダクタンス範囲・最小高さ・リードタイムといった数値は、実測データが整うまで(Phase 0.3 以降)TBD のままとし、即興で埋めることはしません。

選定・設計ガイド — コア、巻線、沿面距離

エンジニアが CMC を選定する際にたどる検討の流れは、おおむね次のとおりです(以下は業界一般の設計手法を、febetek がカスタマイズできる項目に結び付けて整理したものです)。

• コア形状 — トロイダルコアは閉磁路で漏れ磁束が小さく、コモンモードチョークで広く用いられます。用途によってはその他の形状も選択肢になります。→ febetek はコア選定を含めてカスタム設計します。
• 巻線間容量 — 巻線間容量を小さく抑えるほど自己共振周波数が高くなり、高周波側の減衰帯域が広がります。巻き方・層構成が効きます。→ febetek はカスタムのターン数・巻線構成で対応します。
• 導体(solid 対 litz) — 高周波損失を抑えたい場合は litz 線、コストと巻きやすさを優先する場合は solid 線というトレードオフがあります。→ 巻線仕様はカスタム対応の範囲です。
• 沿面距離・空間距離 — AC 動作電圧と適用する安全規格によって必要な沿面距離・空間距離が決まります。絶縁協調の標準としては IEC 60664(絶縁協調)などが参照されます。→ febetek はカスタム絶縁で要求クラスに合わせます。
• 実装形態 — PCB スルーホールか SMD か。基板の組立要件と高さ制約で決まります。→ febetek は外形(form factor)をカスタマイズできます。

このように、各設計レバーはそのまま febetek がカスタマイズできる寸法・仕様に対応します。なお、上記の規格名・設計手法は業界一般のものであり、febetek 固有の実測値ではありません。

カスタム設計能力 — 高い減衰、タイトなパッケージ、お客様の絶縁クラス

ここがカスタム CMC の中核です。febetek が実際に提供するカスタマイズの軸は次のとおりです。

• カスタムのターン数 / 巻数比
• カスタム絶縁
• カスタム外形(form factor)
• PCB 巻線およびリードフレーム巻線(planar)
• UL 認定のトランス絶縁システム(UL E533808、製品レベルのスコープ)のもとでの製造

カタログに理想の品番が見つからないとき、febetek はそれを設計します。お客様の周波数、定格電流、動作電圧、絶縁クラス、そして低背・小型パッケージの要件に合わせて、DC ライン / AC ライン いずれの CMC もカスタム設計します。

ただし、具体的な減衰量(dB)、寸法(mm)、電力値などは現時点で確定した実測値がないため、本稿では数値としては約束しません。これらは仕様確定後のお見積もり時に扱います。お見積もりを依頼してください。

febetek からカスタム CMC を調達する理由 — 正確に記した実績

調達先としての febetek の信頼性は、以下の事実に基づきます(ここでは誇張せず、スコープを正確に記載します)。

• 2016年創業のマグネティクス設計・製造メーカー(台湾) — EMI コモンモードチョーク、インダクタ、トランスを手がけています。
• ISO 9001(会社レベルの品質マネジメント) — 会社レベルの品質管理体制です。
• UL E533808(製品レベルの認定) — このスコープは厳密にトランス絶縁システム(transformer insulation system)に限定されます。会社全体の認証でも、製品全般の安全マークでもなく、CMC そのものに対する認証でもありません。CMC は febetek がこの認定絶縁システムのもとで製造できますが、UL E533808 が CMC 自体をカバーするという意味ではありません。
• RoHS / REACH の材料コンプライアンス資料 — 製品ページの資料として提供します。

供給範囲としては、台湾国内に加え、日本を含むアジアのエレクトロニクス製造エコシステムなど海外向けにも対応します。

なお、顧客名・出荷量・従業員数といった具体的な実績数値は本稿では一切記載しません(「2016年創業」以外の track-record を示す数字は持ち出しません)。

お問い合わせの進め方 — カスタム CMC の RFQ で記載いただきたいこと

カスタム CMC のお問い合わせは、下記チェックリストの項目を添えて お見積もりを依頼 または [email protected] からお送りください。仕様を拝見したうえで、febetek からお見積もりをご返信します(品番ごとの確定値は、お見積もり時に提示します)。

RFQ に含めていただきたい項目(チェックリスト):

• Z_CM / インダクタンスのターゲット
• 定格電流(rated current)と動作電圧(working voltage)
• DC ライン か AC ライン か
• 沿面距離 / 絶縁の適用規格
• 実装形態(PCB スルーホール / SMD)と最大高さ
• 目標数量
• アプリケーション(用途)

RFQ のカテゴリは Magnetics - EMI を選択してください(EMI シリーズのコモンモードチョークに対応します)。リードタイムと MOQ は公開数値ではなく、品番ごとにお見積もり時に提示します。

ご連絡は [email protected]、または お見積もりを依頼からどうぞ。

関連シリーズと内部リンク

• EMI(L1 概要)
• DC Line Common Mode Chokes
• AC Line Common Mode Chokes
• Filter Chokes
• Ferrites for Cable Assembly
• Magnetics(L0 ハブ)