スイッチング電源の高調波電流の害について
電源には高出力スイッチング管が設置されており、高周波で動作すると高調波が発生し、周囲の機器に電磁干渉を引き起こし、系統の電力品質に影響を与えます。 したがって、スイッチング電源から発生する高調波を抑制することが非常に重要です。
電流抑制方法は、アクティブ フィルタリングとパッシブ フィルタリングに分類できます。 このうち、前者のフィルタリング効果は優れていますが、その技術は比較的複雑であり、実用化するための設計が困難です。 後者のパッシブフィルタ方式でも高調波を抑制でき、無効電力補償の効果も得られますが、その制御効果はアクティブフィルタ方式に比べてはるかに小さくなります。
Jinshengyang は、電源業界での長年の経験を活かし、スイッチング電源によって生成される高周波高調波に対する信頼性の高い PFC 集積回路を開発しました。 シミュレーションテスト実験と現場での使用フィードバックを通じて、電源の力率性能は継続的に最適化され、改善されてきました。 LMF シリーズ、LIF シリーズ、LOF シリーズなどの超高調波抑制機能を備えたアクティブ PFC スイッチング電源製品では、製品の力率が最大 0.99 に達し、高調波抑制機能を効果的に抑制できます。高周波高調波による周囲の機器への電磁干渉を防止し、電力網の電力利用率を向上させます。
02 スイッチング電源の高調波メカニズムの解析
スイッチング電源のスイッチング回路では、スイッチング管にはオンとオフの 2 つの動作状態しかありません。 このとき、出力電圧には動作周波数に応じた交流信号が存在し、この高調波信号が出力電圧に存在し続けます。 容量性負荷や誘導性負荷などの非線形負荷に電流が流れる場合、印加電圧が線形関係を示さない場合、非正弦波電流が形成され、高調波が発生します。
電力系統における高調波の抑制とは、系統に注入される高調波電流を低減または除去することにより、高調波を制限値内に制御することである。 たとえば、スイッチの制御信号のパルス周波数を 100kHz に設定すると、次のことがわかります。 出力基本波の奇数成分の 3 次高調波と 5 次高調波の両方のエネルギーが存在します。 また、パルス信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジでは、電圧変化率が非常に速く、電流変化率も非常に速いため、 この際、制御パルス周波数とは異なる高周波成分が発生します。 スイッチング電源の周波数成分を制御するには、スイッチング電源の設計時に設計ニーズに応じてスイッチング制御パルスを合理的に選択する必要があることがわかります。 さらに、制御パルスのレートも下げる必要があります。
03 高調波電流の危険性
近年、高調波に起因するさまざまな故障や事故が相次いで発生しており、高調波被害の深刻さが社会の注目を集めています。 公共送電網やその他のシステムへの電源の切り替えによって生成される高調波の害には、一般に次のような側面があります。
04 EMIフィルタを用いたスイッチング電源の高調波電流抑制方法
EMIフィルタリング技術は、スパイク干渉を効果的に抑制し、伝導干渉と放射干渉を効果的に除去できます。 図4は、コンデンサとインダクタで構成されるEMIフィルタを示しています。 スイッチング電源の入力端に接続されており、高周波バイパスコンデンサはC1とC5です。 ディファレンシャルモード干渉はフィルタリングされて除去されます。 L1、C3、C4 および L2、C3、C4 は回路内のコモンモード干渉を除去します。 実際のテストでは、コンポーネントのパラメータが合理的に選択されると、EMI フィルタがスイッチング電源のより優れた高調波抑制効果を達成できることが示されています。
パッシブ力率改善回路の使用
前項で紹介したEMIフィルタ回路により高調波が抑制されます。 伝導および放射干渉を効果的に抑制できますが、入力電流波形の歪みに対しては無力です。 したがって、電流に含まれる高調波成分を大幅に低減するには、ブリッジ整流コンデンサのフィルタ回路を解析し、その入力特性を調べ、必要な改善を行う必要があります。
受動的力率改善回路の 1 つで、そのコンポーネントにはコンデンサとダイオードが含まれます。 回路が安定している場合、整流ダイオードの導通時間が延長されるため、入力電流高調波は効果的に改善されます。
アクティブ力率補正回路を使用する
パッシブ力率補正回路とは異なり、アクティブ力率補正回路ではパルス幅変調方式が使用されており、その制御効果はパッシブ力率補正回路の制御効果よりも明らかに優れています。 入力電流は正弦波に補正でき、高調波成分は 10% 以内で、力率も 1 に近くなるように補正できます。
アクティブ力率改善のための簡素化された回路は、二重ループ制御を採用しています。 ここで、外側のループは出力電圧を制御し、内側のループはインダクタ電流を制御します。 適切な制御戦略を採用すると、インダクタのピーク電流が上部 VDC の変化に確実に追従することができます。これにより、正弦波状の平均電流が達成されます。
別のアクティブ力率改善回路は、BOOST ブースト PFC 集積回路を使用しており、その動作原理が分析されています。電源周波数 AC が接続されている場合、入力電圧はブリッジ整流回路を通じて C1 を充電し、コンデンサが回路の電圧を充電するとき、一定値まで上昇すると、PFC回路のメイン制御ICが起動し、ICのGATE端子から対応するPWMパルスが与えられ、そのパルスがMOS管Q1を駆動して動作させます。スイッチ状態。 サンプリング抵抗 R3 および R4 を介して、サンプリング値が IC 電圧ループ コンパレータに送信されます。 同時に、電圧が IC 電流検出コンパレータに送信されると、内部加算器を介して誤差信号が得られ、PWM パルス出力を調整して、入力電流波形が入力に追従するように L1 の電流を制御します。力率が 1 に近づくように電圧を調整します。
