スイッチング電源のノイズを解決するには
電源オフ、小型、低コスト、高効率なので大変お得です。
ただし、最大の欠点は、高いスイッチング過渡現象による出力ノイズの高さです。 この欠点により、主にリニア レギュレータによって駆動される高性能アナログ回路での使用が妨げられます。
ただし、多くのアプリケーションでは、適切にフィルタリングされたスイッチングコンバータがリニアレギュレータの代わりに低ノイズ電源を生成できることが証明されています。
したがって、スイッチングパワーコンバータの出力ノイズを除去するには、最適化され減衰された多段フィルタを設計する必要があります。
この記事の回路例ではブースト コンバータを使用しますが、結果は任意の DC-DC コンバータに直接適用できます。 図 1 は、定電流モード (CCM) における昇圧コンバータの基本波形を示しています。
図 1. 昇圧コンバータの基本的な電圧波形と電流波形
出力フィルタは、スイッチ B の電流の立ち上がり時間と立ち下がり時間が速いため、ブースト トポロジや不連続電流モードのその他のトポロジにとって重要です。これにより、励起スイッチ、レイアウト、および出力コンデンサに寄生インダクタンスが発生します。 その結果、実際の使用では、適切なレイアウトとセラミック出力コンデンサを使用した場合でも、出力波形は図 1 よりも図 2 のようになります。
2. DCM の昇圧コンバータの代表的な測定波形
コンデンサの電荷の変化によるスイッチング リップル (スイッチング周波数) は、出力スイッチの減衰されていないリンギング (以下、出力ノイズと呼びます) に比べて非常に小さいです。 通常、この出力ノイズの範囲は 10 MHz ～ 100 MHz 以上で、ほとんどのセラミック出力コンデンサの自己共振周波数をはるかに超えています。 したがって、余分な容量を追加してもノイズ減衰にはあまり効果がありません。
この出力のフィルタリングに適したフィルタの種類も多数あります。 各フィルターについて説明し、段階的に設計を説明します。
このペーパーの式は厳密なものではなく、これらの式をある程度単純化するためにいくつかの合理的な仮定が行われています。 各コンポーネントは他のコンポーネントの値に影響を与えるため、いくつかの繰り返しが必要になります。
ADIsimPower 設計ツールは、実際にコンポーネントを選択する前にコンポーネント値 (コストやサイズなど) の線形化式を使用して最適化し、数千のデバイスのデータベースから実際のコンポーネントを選択した後に出力を最適化することで、この問題を回避します。 ただし、設計を開始する場合には、このレベルの複雑さは不要です。 提供されている計算を使用するか、無料の ADIsimPE™ などの SIMPLIS シミュレータを使用するか、実験台で時間を費やすことで、最小限の労力で満足のいく設計に到達できます。
