使用3端子滤波器解决DC-DC转换器输入线噪声的对策

前言
近年来随着开关频率的高频化发展，dc-dc转换器的开关速度日益高速化，基板和ic内部的布线所具有的电感和寄生电容由于输入电流的急剧变化会产生共振，从而产生高频噪声。这种高频噪声会传导至外部电路，导致装置异常动作。
本期推文针对dc-dc转换器输入侧产生的噪声，介绍了使用3端子滤波器 (电源线用贯通滤波器) 的噪声对策实例。 3端子滤波器具有低esl特性，在噪声对策中可发挥优异的噪声抑制效果。
输入滤波器—基本配置
dc-dc转换器的输入线由于开关时由基本频率构成的n次谐波和开关噪声引起的输入电压变动而产生较大的噪声,此噪声有共模和正常 (差分) 模式两种，需要根据噪声模式选择适当的部件。
如图1所示，在正常模式噪声对策中，作为设计初期阶段最好采用可配置由电容器和电感器组成的c+l+c的π型滤波器的模式配置。此外，在共模噪声对策中，共模滤波器 (cmf) 很有效。
图1：滤波器配置示例
关于正常(差分)模式噪声和共模噪声
传导噪声有正常 (差分) 模式噪声和共模噪声两种，正常模式噪声发生在电路线之间并逆相流动，共模噪声发生在电路线和gnd之间并同相流动。采取噪声对策时，需要确认是在哪个模式下发生的，并使用适当的对策部件。针对正常模式噪声使用电感器和电容器，共模噪声则使用共模滤波器。
流过电路线路的噪声(在线路中逆相流动)
图2：传导噪声的传导方式：正常模式*
流过框架地线的噪声(与线路同相流动)
图3：传导噪声的传导方式：共模
各滤波器配置的噪声抑制效果验证的条件
dc-dc转换器的开关频率变得高频化时，fm频带的噪声电平会随之变大。通常，π型滤波器的电容器使用2端子电容器，但通过搭载具有低esl特性的3端子贯通滤波器，可以进一步抑制噪声。本次则关于以下评估内容，对3种配置的π型滤波器进行比较验证：
对于传导噪声电压法，分为正常模式和共模，对滤波效果进行比较验证。
对于传导噪声电压法，3种配置均作为共模对策，在搭载了本公司共模滤波器的状态下进行测定。
评估内容
评估电路
通过模拟器进行传输特性 (s21) 分析
图4：π型滤波器的传递特性 (s21)
测量位置：3m消声室
频率：150khz-108mhz
图5：传导噪声电压法
评估配置
各滤波器配置的噪声抑制效果验证结果
从各滤波器配置的噪声抑制效果验证结果来看，可知3端子滤波器 (贯通滤波器) 在高频区域的衰减效果很强。
图6：评估结果1) 包含π型滤波器的输入线的传递特性 (s21)
一般情况下，噪声等级在正常模式下高于共模。在正常模式对策中，搭载了3端子贯通滤波器的π型滤波器对于包含fm频带在内的广泛频带的噪声抑制非常有效。
正常模式
共模
共计(正常+共模)
总结
dc-dc转换器由于开关高速化，通常会在输入线上产生较大的高频噪声，因此很有必要采取高频噪声对策，特别是包含fm频带在内的对策。这种情况下，在采取噪声对策时，区分正常模式和共模是很重要的，需要根据噪声模式选择适当的部件。一般来说，dc-dc转换器输入线产生的噪声在正常模式下会高于共模，因此，我们建议配置在正常模式下比较有效的π型滤波器。此外，π型滤波器中使用的电容器采用了3端子贯通滤波器，还将进一步提高对高频噪声的抑制效果。
以上就是使用3端子滤波器 (电源线用贯通滤波器) 解决dc-dc转换器输入线噪声的对策。