新エネルギー車産業の急速な発展に伴い、オンボードチャージャー（OBC）は電力網と駆動用バッテリーを接続する中核部品として、その電磁両立性（EMC）設計がますます重要になっています。スイッチング電源における電力デバイスの高速スイッチングにより、高周波のEMI干渉が発生し、これは電源ライン上を伝播する共模および差動モードの伝導ノイズに加え、空間的に放射される干渉も含みます。オンボードチャージャーは、複雑な自動車用電磁環境に適応し、自らの安定動作を確保するとともに、車載の他の電子機器への干渉を防止するため、堅牢なEMCフィルタ設計を備える必要があります。その中で、 共模チョークコイル とπ型フィルタ回路がEMCフィルタリングの核心部品であり、インダクタの選定はフィルタ性能、全体のシステムサイズ、および熱的信頼性を直接左右します。
1-EMIノイズ発生源とフィルタ構成
OBCが動作している際、そのフロントエンドPFC回路の高周波スイッチング素子（IGBTまたはSiC MOSFET）およびリアエンドDC-DCコンバータの共振回路から、著しい高調波成分が発生します。伝導性EMIノイズは、2種類に分類されます :差動モードノイズとコモンモードノイズです。差動モード干渉は、2本の電源入力線（例：L線とN線）の間に生じ、電流の向きが互いに逆になります。主な原因は、スイッチング素子の高速オン・オフにより電源ループ内で生じる電流リップルです。一方、コモンモード干渉は、電源線と接地線（PE）の間に生じ、電流の向きが同一です。主な原因は、スイッチング動作時の高電圧瞬時ノードが寄生容量を介して接地へ結合すること、および外部の電磁界による結合です .
オンボード・チャージャ（OBC）の入力端子には、通常、π型EMIフィルタ回路が採用されており、インダクタとコンデンサを組み合わせて、さまざまな周波数帯域における電磁妨害（EMI）を抑制します。フィルタネットワークの一般的な構成は、電源側から順にXコンデンサ（差動モードフィルタ）、共通モードチョーク、Yコンデンサ（共通モードフィルタ）、差動モードインダクタからなり、2段または多段のフィルタ構造を形成しています。前段では主に電源側から発生する伝導性妨害や高調波を処理し、後段ではスイッチング動作によって生じる高周波ノイズをさらに減衰させます。 。
図1 OBCの回路構成図
2―共通モードチョークの動作原理とコア材料選定
2.1 動作原理
共通モードチョークは、閉磁路の磁芯に、巻き方向が逆で巻数が同じ2つのコイルを巻いて構成され、共通モードノイズを高インピーダンスで抑制します。共通モード電流が流れたとき、各コイルが発生する磁束の向きが一致し、互いに重畳して磁束が増加するため、共通モードチョークは高インピーダンスを示し、共通モード信号を効果的に減衰させます。一方、差動モード電流（例えば通常の動作電流）が2つのコイルを流れる場合、磁芯内に発生する磁束の向きは互いに逆になり、打ち消し合ってほぼゼロとなるため、差動モード信号はほとんど減衰せずに通過します。
図2：共通モード電流が流れたときの磁束の重畳
図3：差動モード電流が流れたときの磁束の打ち消し
共通モードチョークのインピーダンスの式は次のとおりです：
また、インダクタンスの式は次のとおりです：
コアの実効磁気透磁率μeは、与えられたサイズおよび巻数のもとで得られるインダクタンスを直接的に決定します。透磁率が高いほど、同一サイズにおけるインピーダンスも高くなり、より強力なフィルタリング効果が得られます .
2.2 磁性コア材料の選定
共模チョークに一般的に用いられるコア材料には、マンガン・亜鉛系フェライト、ニッケル・亜鉛系フェライト、アモルファス合金、ナノ結晶合金などがあります。これらの材料の特性の違いが、それぞれの適用範囲を決定しています ：
◾ フェライト： 中～高周波帯域向けのコストパフォーマンスに優れた選択肢 用途
フェライト（例：Mn-Zn、Ni-Zn）は、高抵抗率および低渦電流損失という特長から、高周波共模チョークの材料として広く採用されています。Mn-Znフェライトは100kHz～1MHz帯域で優れた性能を発揮しますが、キュリー温度は比較的低く（約120℃）です ，高温で透磁率が急激に低下する。ニッケル-亜鉛フェライトは、それより高い周波数帯域に適しています。ただし、初期透磁率は低めです（μ＜1000） ，高周波安定性に優れます .
◾ アモルファス合金およびナノ結晶合金 高周波・低損失用途の究極的な解決策
アモルファス合金（鉄系・コバルト系など）は、急速冷却によって原子構造が無秩序な状態となり、非常に高い飽和磁束密度（Bs：1.2T）と極めて低い高周波損失を示します。ナノ結晶合金は、熱処理によりさらにナノサイズの結晶構造を形成し、100kHz～500kHz帯域においてフェライトと比較して損失を50％以上低減するとともに、温度安定性を大幅に向上させます。電気自動車用充電モジュールなど、効率性が厳しく要求される用途に適しています。
2.3 共模チョークの選定ポイント
（1）インダクタンス: オンボードチャージャの動作周波数および干渉特性に応じて、適切なインダクタンス値を選定してください。一般に、インダクタンス値が高いほど低周波帯域でのノイズ抑制効果が向上しますが、回路への挿入損失も増大します。一般的に、共模チョークコイルのインダクタンスは数百マイクロヘンリーから数ミリヘンリーの範囲です。 （μH ）数百マイクロヘンリーから数ミリヘンリー （mH ）.
（2) 額定電流： 共模チョークコイルの額定電流は、オンボードチャージャの最大動作電流より大きくする必要があります。これにより、インダクタの発熱による全体システムの効率低下を防ぎ、また額定電流下でのインダクタの優れた安定性を確保できます。
（3) 周波数特性： オンボードチャージャが要求する広帯域干渉抑制性能を満たすため、高周波帯域でのノイズ抑制特性に優れた共模チョークコイルを選定してください。共模チョークコイルのインピーダンス－周波数特性曲線を確認し、対象周波数帯域内で十分なインピーダンスが得られることを確認してください。
高電力車載充電器（OBC）向けアプリケーションにおいて、自動車グレードの共模チョークは、主にカスタマイズ要件によって需要が牽引されています。CODACA ElectronicsのR&Dチームは、共模チョークのカスタム開発に豊富な実績を持ち、顧客の特性要件に基づいて迅速に最適な製品ソリューションを提供できます。
3．原理 π形フィルタ回路と差動モードインダクタの選定ポイント
A π フィルタ回路は2つのコンデンサと1つの差動モードインダクタで構成され、ギリシャ文字のπ（パイ）の形状をしています。 π コンデンサのバイパス効果とインダクタのフィルタリング効果を活用し、差動モード干渉を効果的に抑制します。車載充電器（OBC）では、π型フィルタ回路を採用することで、電源ライン上の干渉信号をさらに低減し、EMC性能を向上させることができます。OBCの典型的なスイッチング周波数は40kHz～150kHzであり、伝導エミッション試験は150kHzから開始されます。したがって、差動モードフィルタリングは主に150kHz～1MHz帯域の差動モードノイズを対象としています。
Π型フィルタのカットオフ周波数の計算式は次のとおりです：
Cxは、π型フィルタにおける2段構成のXコンデンサの等価静電容量である。（実際の設計では、静電容量が同じ2段構成のXコンデンサをよく用いるため、合成等価フィルタ静電容量は通常、単段のXコンデンサ値に基づいて保守的に見積もられる。）設計では、カットオフ周波数がスイッチング周波数の基本周波数よりも十分に低くなるよう確保しなければならず、一般的にはスイッチング周波数の1／5～1／10程度とされる。これにより、対象とする干渉周波数帯域がフィルタの阻止帯域内に収まることを保証する。
3.1 差動モードインダクタの動作原理
差動モード用インダクタは、主に電源入力ライン内に直列接続された単一の巻線で構成されます。インダクタの高周波電流に対するインピーダンス特性を活用し、L線とN線間の差動モード干渉に対して高インピーダンス経路を形成することで、ノイズの減衰を実現します。インダクタを選定する際には、外部への放射や外部からの干渉を低減するため、シールド付きインダクタが推奨されます。
（1）インダクタンス： インダクタンスは、差動モード用インダクタにおいて最も基本的なパラメータであり、特定の周波数帯域におけるノイズ抑制能力を決定します。選定時には、対象とするフィルタリング周波数帯域を考慮する必要があります。一般的に、インダクタンス値が大きいほど、低周波ノイズに対する抑制効果が高まります。
（2）定格電流： これは、指定された温度上昇条件下でインダクタが長期間安全に動作できる最大電流を指します。選定時には、最大使用電流が定格電流より小さくなるよう十分なマージン（通常 ＞ 30%).
（3）直流抵抗（DCR）： 直流抵抗とは、インダクタの巻線コイルが直流電流下で示す内部抵抗です。DCRが低いほど、直流電流が流れた際の消費電力が小さくなり、全体的な効率が向上します。
OBC こ は車載用途に分類されるため、当該インダクタは自動車用電子部品の信頼性規格「AEC-Q200」を満たす必要があります。試験項目には、電気特性試験、機械的衝撃試験、振動試験、端子強度試験、半田付着性試験、バイアス付加湿試験、温度サイクル試験、高温保管試験などがあります。CODACAでは、各種標準的な車載用電源向け製品を提供可能です。
以下に、一部の 車載グレードのインダクタ .詳細については、CODACAエレクトロニクスの公式ウェブサイトをご覧ください。 https://www.codaca.com.cn/またはCODACAの営業担当者までお問い合わせください。お問い合わせを心よりお待ちしております。
図キャプション：図4 CODACA自動車用インダクタ
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