スイッチング電源におけるリップルの発生を防ぐ方法

スイッチング電源におけるリップルの発生を防ぐ方法

スイッチング電源のリップル発生
私たちの主な目的は、出力リップルを許容できるレベルまで低減することです。この目的を達成するための最も基本的な解決策は、リップルの発生を回避することです。まず、スイッチング電源のリップルの種類とその理由を明確にする必要があります。

スイッチのスイッチングに伴い、インダクタLの電流も出力電流のRMS値で上下に変動します。そのため、出力にもスイッチと同じ周波数のリップルが流れます。これを一般にリップルと呼びます。これは出力コンデンサの容量とESRに関係があります。このリップルの周波数はスイッチング電源と同じで、数十KHzから数百KHzです。

また、スイッチは通常バイポーラトランジスタまたはMOSFETを選択しますが、どちらかのオンとオフには、立ち上がり時間と立ち下がり時間があります。このとき、回路にはスイッチの立ち上がり時間と立ち下がり時間と同じ周波数またはその奇数倍の周波数のノイズ、通常数十MHzが溢れます。同じダイオードDの逆回復の瞬間、等価回路の抵抗、容量、インダクタンスが直列に接続され、共振を引き起こし、数十MHzのノイズ周波数が発生します。これらの2種類のノイズは一般に高周波ノイズと呼ばれ、振幅は通常リップルよりもはるかに大きくなります。

AC/DCコンバータの場合は、上記2つのリップル（ノイズ）のほかに、ACノイズがあり、その周波数は入力AC電源の周波数で、約50～60Hzです。また、多くのスイッチング電源のケースをヒートシンクとして使うことでパワーデバイスが生成する等価容量によって発生するコモンモードノイズもあります。私は車載エレクトロニクスの研究開発をしているので、後者2つについてはノイズ接触が少ないので、当面は考慮しません。

スイッチング電源のリップル測定
基本要件: オシロスコープのAC結合の使用、20MHzの帯域幅制限、プローブの接地線を外す

1、AC結合は重畳されたDC電圧を除去し、正しい波形を得ることです。

2、20MHzの帯域幅制限を開くのは、高周波ノイズの干渉を防ぎ、誤った測定結果を防ぐためです。高周波成分の振幅が大きいため、測定から除去する必要があります。

3、オシロスコープのプローブ接地クリップを引き抜き、接地リングを使用して測定すると、干渉が減少します。多くの部品には接地リングがないため、エラーが発生する場合は、プローブ接地クリップを直接使用して測定することをお勧めします。ただし、適格かどうかを判断するときは、この要素を考慮する必要があります。

もう 1 つのポイントは、50Ω 端子を使用することです。横河オシロスコープの最初の情報では、50Ω モジュールは DC 成分を除去し、AC 成分を測定すると説明されています。ただし、この特殊なプローブを備えたオシロスコープは少なく、ほとんどの場合、標準の 100KΩ ～ 10MΩ プローブを使用して測定されているため、影響は現時点では明らかではありません。

上記はスイッチング リップルを測定する際の基本的な注意事項です。オシロスコープのプローブが出力ポイントに直接接触していない場合は、ツイスト ペアまたは 50Ω 同軸ケーブルを使用して測定する必要があります。

高周波ノイズを測定する場合は、オシロスコープの全通過帯域を使用します。通常は数百メガビットから GHz レベルまでです。その他は上記と同じです。会社によってテスト方法が異なる場合があります。結局のところ、テスト結果を明確にすることが重要です。最も重要なことは、顧客に認識されることです。