TDK、高電圧DCコンバータ用のコンパクトな1250Vコモンモードチョークを発表

TDK は、コンパクト パワー エレクトロニクスにおいて、最大 1250 V (AC630 V) の DC バス電圧に対応する高電圧、電流補償付きリングコア ダブル チョークの B82722V6*B040 シリーズを発売しました。

高電圧コモンモードチョークコンポーネントは、SiC や GaN パワー半導体の使用が増加し、高い DC バス電圧で動作するパワーコンバータ、産業用モータードライブ、スイッチモード電源を対象としています。ここでは、EMI 抑制、絶縁調整、PCB スペースがすべて重要な設計制約となっています。

主な機能と利点

このシリーズは、非常に高い電圧機能と小さな垂直設置面積を組み合わせるように設計されており、フィルタ領域を拡大することなく高電圧アーキテクチャを簡単に実現できます。

• 電圧と絶縁
  • 主に、50/60 Hz で最大 1250 V および 630 V AC の DC 電圧向けに設計されています。
  • 多層固体絶縁を使用し、高電圧システムにおける堅牢な電気絶縁のために 3,750 V の線間でテストされています。
• コンパクトな機械設計
  • 各チョークの寸法は、垂直スルーホール パッケージで約 23 × 15.5 × 24 mm (L × W × H) です。
  • リングコアのダブル チョーク構造とプラスチック ヘッダーにより、PCB の設置面積を小さくしながら機械的安定性を実現します。
• 電気範囲
  • 公称インダクタンスのオプションは 3.3 mH ～ 22 mH、許容誤差は -30/+50% です。
  • 定格電流は +70 °C で 0.85 A ～ 3.0 A で、減衰と電流能力のトレードオフが可能
• EMI パフォーマンス
  • 特殊な自動巻線技術により、高い共振周波数特性が得られます。これは、SiC/GaN スイッチの高速エッジを備えたコンバータにとって重要です。
  • 標準的な浮遊インダクタンスは公称インダクタンスの約 0.6% であり、コモンモード抑制に主な機能を集中させながら、ある程度の対称モード (差動モード) インピーダンスを与えます。
• 安全性とコンプライアンス
  • エポキシコーティングされたフェライト コアと UL 94 V‑0 準拠のプラスチック ヘッダーが火災安全性と堅牢性をサポートします。
  • この設計は、EMI チョークとフィルタに関する IEC 60938‑2 および IEC/UL 60939‑3 の要件を満たしており、RoHS 準拠です。
  • コンポーネントはウェーブはんだ付けに適しており、標準的な THT 生産ラインに適合します。

設計エンジニアにとって、最終的な効果は、高密度レイアウトに適した十分な小型でありながら、明確な絶縁とテスト レベルで仕様が規定された、すぐに使用できる高電圧コモンモード チョークです。購入者にとっては、複数の電気バリエーションにわたる統一されたフォームファクターにより、同じシリーズ内の在庫と二次調達が簡素化されます。

一般的なアプリケーション

TDK は、B82722V6*B040 シリーズの主なアプリケーションとして、コモンモード干渉の抑制、コンパクトなスイッチモード アプリケーション、および周波数コンバータを明示的に挙げています。実際には、これはいくつかの具体的な使用例に変換されます。

高電圧 DC/DC および AC/DC コンバータ、特に 800 ～ 1250 V 付近の中間 DC リンクを備えたコンバータでは、これらのチョークを入力または出力 EMI フィルタの一部として DC バス ラインに配置できます。これらは、主電源に戻ったり、敏感な制御回路に結合したコモンモード ノイズを低減するのに役立ちます。これは、SiC または GaN パワー ステージが急峻な dv/dt 遷移を生成する場合に特に重要です。

産業用モータードライブおよび周波数コンバーターでは、チョークをインバーター側または DC リンク近くで使用して、不要な放射、漏れ電流、またはモーター絶縁やケーブルシステムへの追加のストレスを引き起こすコモンモード電流を制限することがあります。コンパクトな縦型フォーマットは、基板面積が不足しているものの、高さが数ミリメートル余分にあれば許容できる、混雑したドライブ キャビネットに有利です。

産業用、通信用、またはサーバー用電源用のコンパクトな SMPS では、高バス電圧機能、小さな設置面積、高周波動作の組み合わせにより、チョークが X コンデンサ、Y コンデンサ、およびオプションの差動モード チョークと並んで、多段 EMI フィルタのコア コモンモード要素として機能することができます。

技術的なハイライト

以下の表は、B82722V6*B040 ファミリの 6 つのメンバーの主要な電気データをまとめたものです。

注文コード +70 °C での定格電流 (A) 公称インダクタンス (mH、−30/+50%) 浮遊インダクタンス typ. (μH) 直流抵抗 typ. (mΩ) B82722V6851B0400.8522130550B82722V6112B0401.11592320B82722V6152B0401.5106118 8B82722V6202B0402.06.840115B82722V6252B0402.54.72876B82722V6302B0403.03.32053

電流能力が 0.85 A から 3.0 A に増加すると、公称インダクタンスは 22 mH から 3.3 mH に減少し、DC 抵抗も減少します。これは電流補償チョークの典型的なトレードオフです。電流が大きいデバイスはインピーダンスが低くなりますが、損失が低くなり、熱マージンが高くなります。低電流デバイスはより高いインピーダンスを提供しますが、より少ない電流を流す必要があります。浮遊インダクタンス値は、シリーズ全体の公称インダクタンスに対する比率が約 0.6% であることを再度確認します。

機械的には、すべてのバリエーションがプラスチック ヘッダーを備えた同じ垂直のエポキシ コーティングされたトロイダル コアを共有しています。これにより、1 つのフットプリントで 6 つの電気オプションすべてをサポートできるため、PCB 設計が簡素化されます。チョークは、ウェーブはんだ付け用に設計されています。ウェーブはんだ付けは、大型のコンデンサ、変圧器、その他のスルーホール コンポーネントを使用するパワー エレクトロニクス アセンブリで依然として一般的です。

エンジニア向けのデザインインノート

実際の設計では、フィルターの性能、熱制限、レイアウトと安全性の観点から考えることが役立つことがよくあります。以下のポイントは、これらの各領域の重要な側面をまとめたものです。

• 適切なバリエーションの選択
  • 支配的な干渉周波数で必要なコモンモード インピーダンスから始めて、-30% の許容限界でも十分なマージンが得られるインダクタンス値を選択します。
  • +70 °C での定格電流を、予想される過負荷や周囲温度条件を含む、ラインの最悪の場合の RMS 電流と一致させます。
  • 減衰が重要で電流が控えめな場合は、高インダクタンス/低電流部品を使用します。伝導損失と温度上昇が支配的な場合は、低インダクタンス/高電流タイプを使用する
• EMI の動作とフィルターの残りの部分との相互作用
  • 巻線構造の高い共振周波数は、高周波成分が多く含まれる SiC/GaN ベースのコンバータでは有利ですが、不要な共振を避けるために Y コンデンサ、X コンデンサ、スナバーとの相互作用をチェックする必要があることも意味します。
  • 約0.6% の浮遊インダクタンスにより、小さいながらもゼロではない差動モード成分が追加されます。単純なフィルタではこれは有益であることが多いですが、厳密な設計ではシミュレーションまたは計算に含める必要があります。
• 熱的および機械的考慮事項
  • 銅損（I²R）と高周波電流による追加損失が、動作温度範囲全体にわたって許容範囲内に収まっていることを確認します。
  • エポキシでコーティングされたコアとプラスチック ヘッダーがすでに堅牢な構造を提供しているとしても、システムが振動を受ける場合は、十分な垂直方向のクリアランスを確保し、機械的固定を検討してください。
• レイアウト、安全性、基準
  • チョークをノイズの入口/出口の近く（コネクタまたは DC リンク ノードの近くなど）に配置し、2 本の線をコアの前後にタイト ペアとして配線して、ループ面積を最小限に抑えます。
  • 不要な結合を避けるために、敏感な信号トレースをチョークから遠ざけてください。
  • コンポーネント側からの入力として 3,750 V の線間テスト レベルと IEC 60938‑2 / IEC/UL 60939‑3 分類を使用して、関連する機器規格に従ってピンの周囲および絶縁ドメイン間の沿面距離と空間距離を検証する

全体として、B82722V6*B040 シリーズは、特にSiC および GaN スイッチ 基板スペースを犠牲にすることなく、より堅牢な EMI 制御が求められます。

ソース

この記事は、B82722V6*B040 高電圧コモンモード チョーク シリーズに関する TDK エレクトロニクスの公式プレス リリースと、TDK エレクトロニクスの Web サイトで提供される関連技術情報に基づいており、高電圧コンバータおよびドライブ アプリケーションのデザインインとコンポーネントの選択をサポートすることを目的とした追加の独立した解説が含まれています。

参考文献

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TDK プレス リリース – 新しい高電圧コモンモード チョークを備えたコンパクトな 1250 V DC コンバータ設計

TDK 製品カテゴリ – 電力線チョーク

プレスリリース PDF – 技術的な詳細