LCフィルターの発熱

質問

トランスから480kHzの矩形波が出力される回路があるのですが、そこに33uH、3.9nFのLCローパスフィルターを3段にして、矩形波を正弦波にしています。波形自体は正弦波になっているのですが、入力インピーダンスが50Ωのパワーメータに接続し出力を15W程度にすると、フィルターのインダクタがかなり発熱します。LCフィルターはそれほど発熱しないと考えていたので、発熱の原因が分かりません。どなたか原因が分かられる方はご教授下さい。
インダクタはTDKのSLF10145シリーズを使用しています。

回答No.8

noname#101087 · ベストアンサー

>信号源インピーダンス0Ω ....

の場合なら、0Ω側を直列 L で始めること。
No.5 と同じ dB 特性です。(SPICE で確認済み)
　　　　　　　　　　　↓
　　　　L=23.8 uH　　　　　L=17.3 uH
(0Ω側)　　　　　　C=7.52 nF　　　　　(50Ω側)

回答No.9

noname#101087

0Ω側を直列 L で始め、L 1個で済ますには、

　　　　　L = 4.56 uH
(0Ω側)　　　　　　　C = 23.2 nF　　(50Ω側)

があり。

DC にて0 dB、
480 kHZ にて 11 dB ゲイン、
960 kHz にて 10 dB ロス。(SPICE で確認済み)

回答No.7

anachrockt

鉄損についてですが，ヒステリシス損と渦電流損に分けられます．
ヒステリシス損は紹介したDIXON先生のテキストで，B-Hカーブ上にマイナー・ループを書けばわかるように，交流電流を流すと膨らみ大きなマイナー・ループができます．
電流を流すインダクタには，「デジタルオーディオアンプ用固定インダクタ」があります．
http://www.toko.co.jp/products/jp/inductors/index_amp.html

マイナー・ループの繰り返し周波数が480kHzに比べ1桁以下ですから使えるかどうかわかりませんが，電流を低減すれば使える可能性もあります．
自作するよりは簡単ですから，試してみたら銅でしょうか？

なお，フィルタ設計で信号源インピーダンス50Ω，負荷インピーダンス50Ωでは，効率は50％以下にしかなりませんから．信号源インピーダンス0Ωの定数表が載っている真っ当なフィルタの本を参考に設計することを勧めます．
その時，方形波の3次高調波をノッチするような特性（連立チェビシェフ，エリプティック，カウエルとか呼ばれている）にすれば，低次でも低歪み率になるでしょう．

回答No.6

noname#101087

480 kHz にて 20 dB
　　↓ 訂正！
960 kHz にて 20 dB

回答No.5

noname#101087

フィルタ損失が 3dB として「出力を15W 程度にすると」、480kHz の入力が 30W を超える勘定ですね。
480kHz のフィルタ損失を減らすのが先決のようです。

設計例 (Chebychev) を一つ。
　3 次 : 入出力とも 50 Ohm
　0 dB ポイント : f = 0 kHz, 480 kHz
　480 kHz にて 20 dB
　　　↓
　　　　　　L=13 uH
　C=14 nF　　　　　C=14 nF

回答No.4

anachrockt

インダクタが発熱する原因は，鉄損，銅損です．
使用しているインダクタは直流出力のリプルフィルタ用で，480kHzの正弦波を取り出すことは想定外でしょう．
ただし，高周波信号用のインダクタでTDKに適合するものは無いようです．
この本を参考に，
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/30/30671.htm
ここから鉄芯を選んで巻くのが近道でしょう．
https://www.amidoncorp.com/pages/specifications
なお，33uH，3.9nFのLCローパスフィルタ3段とゆうのがよくわかりませんが，フィルタの本を見て，設計したら銅でしょう．
パワエレでは，信号源インピーダンス0Ω，負荷抵抗変動有りで設計しますが，信号源インピーダンス0Ωの定数表が載っているのは，真っ当なフィルタの本だけです．

銅損は直流抵抗，表皮効果，近接効果が原因です．
近接効果については，ここのテキストを参考にしてください．
http://focus.ti.com/docs/training/catalog/events/event.jhtml?sku=SEM401014

回答No.3

noname#101087

>確かに480kHzのロスは3dB位あります。
>出力の2倍高調波と3倍高調波のレベルを下げる為に 今のLC値にしています。

現在のローパスは、コイルの熱損失最大になる周波数が 480kHz に近いようですね。
ちなみに、コイルでの熱損失が最大になる周波数は、ローパスの位相傾斜が最も急になるところ。
(コイルの熱損失は、ローパスの位相傾斜つまり群遅延時間にほぼ比例しますので)

高調波の抑圧量を勘案しつつ、トレードオフを試みてください。

回答No.2

foobar

コイルの使用周波数帯域は十分か？（周波数が高いと鉄損が増るでしょう。）
コイルの電流容量は十分（磁気飽和が起きないところで使っている）か？（磁気飽和が起きると、損失増加につながるでしょう。）
といったあたりをチェックする必要があるかと思います。

回答No.1

noname#101087

>トランスから480kHzの矩形波が出力される回路があるのですが、そこに33uH、3.9nFのLCローパスフィルターを3段にして、矩形波を正弦波にしています。

480kHzの正弦波を作るんですよね。

もしそうなら、ローパスフィルタのカットオフが低すぎませんか？
LC 値を見ると 480kHz のロスが3 dB くらい、という感じがします。
電流解析してませんが、コイルにかなり多くの電流が流れてそうな気がします。
カットオフを上げるべきかもしれません。

以上、第一印象のみ。

お礼

回答有難うございます。
確かに480kHzのロスは3dB位あります。
出力の2倍高調波と3倍高調波のレベルを下げる為に
今のLC値にしています。
もう一度LC値を考え直してみます。