スイッチング電源のリップルとノイズの原因
スイッチング電源の出力は純粋な直流電圧ではなく、内部にリップルやノイズによる交流成分が含まれています。 リップルは出力直流電圧の変動であり、スイッチング電源のスイッチング動作に関係します。 各開閉プロセスでは、電気エネルギーが入力端から出力端に「ポンプ」され、充電と放電のプロセスが形成され、その結果、スイッチの周波数と同様の周波数で出力電圧が変動します。 リップル電圧はリップルの山と谷の間のピークツーピーク値であり、その大きさはスイッチング電源の入出力コンデンサの容量と品質に関係します。
ノイズが発生する原因は 2 つあります。1 つはスイッチング電源自体によって発生するもの、2 つはスイッチング電源自体によって発生するものです。 もう 1 つのタイプは外部電磁界 (EMI) からの干渉で、放射線や電力線を介してスイッチング電源に侵入する可能性があります。
スイッチング電源自体が発生するノイズは、スイッチの導通時と遮断時に発生する鋭いパルスによる高周波パルス列であり、スイッチングノイズとも呼ばれます。 ノイズパルス列の周波数はスイッチング周波数よりはるかに高く、ノイズ電圧はそのピークツーピーク値です。 ノイズ電圧の振幅は、スイッチング電源のトポロジ、回路内の寄生状態、PCBの設計に大きく関係します。
オシロスコープを使用すると、リップルとノイズの波形を図1に示すように見ることができます。リップルの周波数はスイッチ管の周波数と同じですが、ノイズの周波数はスイッチ管の周波数の2倍です。 リップル電圧とノイズ電圧のピークツーピーク値の合計がリップル電圧とノイズ電圧であり、mVp-p で表されます。
リップルとノイズの測定方法
リップルとノイズ電圧はスイッチング電源の主要な性能パラメータの 1 つであるため、これらを正確に測定する方法は非常に重要な問題です。 現在、リップルおよびノイズ電圧の測定方法には、リップルおよびノイズ電圧値を正確に測定できる広帯域オシロスコープが使用されています。
スイッチ電源は多種多様（トポロジ、動作周波数、出力電力、技術要件が異なる）があるため、さまざまなメーカーがオシロスコープ測定方法を使用しており、測定デバイスは完全に同じではありません。 したがって、各工場には、さまざまなスイッチ電源を測定するための独自の標準があり、これが企業標準です。
オシロスコープを使用してリップルとノイズを測定するデバイスのブロック図を図 2 に示します。このデバイスは、テストされたスイッチ電源、負荷、オシロスコープ、および測定配線で構成されます。 一部の測定デバイスには、インダクタ、コンデンサ、抵抗器などの部品がはんだ付けされています。
