スイッチング電源の耐干渉設計

スイッチング電源の耐干渉設計

スイッチング電源の EMC 設計では、次の側面を考慮する必要があります。

1) フィルター

2) 高周波トランス

3) ソフトスイッチング技術 4) コモンモード干渉のアクティブ抑制

5) プリント基板配線のEMC設計

3EMC設計対策

3.1 フィルター

フィルタリングは、伝導妨害を抑制する方法です。 例えば、電源の入力端にフィルタを接続することで、電力網からのノイズが電源自体に侵入することを抑制したり、スイッチング電源から発生して電力網にフィードバックされる干渉を抑制したりすることができます。 パワーフィルタは、電源ラインの伝導干渉を抑制する重要なユニットとして、機器やシステムの電磁両立性設計において極めて重要な役割を果たします。 伝送路上の伝導妨害を抑制できるだけでなく、伝送路上の放射妨害波にも大きな抑制効果をもたらします。 フィルタ回路では、貫通コンデンサ、三端子コンデンサ、フェライト磁性リングを選択することで回路のフィルタ特性を向上させることができます。 適切なフィルターの適切な設計または選択、およびフィルターの正しい取り付けは、干渉防止技術の重要な要素です。 具体的な対策は以下のとおりです。 1) AC入力端子にパワーフィルタを設置します。その回路を図1に示します。図中のLd、Cdはディファレンシャルモードノイズを抑制するために使用します。 一般に、Ld は 100-700 μH、Cd は 1-10 μF です。 Lc と Cc はコモンモードノイズを抑制するために使用され、実際の条件に応じて調整できます。

フィルタのコモンモードバイパスコンデンサが動作するには接地する必要があるため、すべての電源フィルタは接地する必要があります(製造元の特別な指示に従って接地が許可されていないフィルタを除く)。 一般的なアース方法は、フィルターと金属ケースを接続するだけでなく、フィルターケースを太い線で接続する方法もあります。

機器の接地点に接続してください。 接地インピーダンスが低いほど、フィルタリング効果は高くなります。

フィルタは、電源インレットのできるだけ近くに取り付ける必要があります。 干渉信号が入力端から出力端に直接結合するのを避けるために、フィルタの入力端と出力端はできるだけ離す必要があります。

2) 電源の出力に出力フィルタを追加します。 高周波コンデンサを追加し、出力フィルタ インダクタのインダクタンスとフィルタ コンデンサの容量を増やすと、差動モード ノイズを抑制できます。 複数のコンデンサを並列に接続すると効果が高くなります。 3.2 高周波トランス

高周波トランスの一次側、二次側、スイッチ管の C 極と E 極の間、および出力整流ダイオードに RC 吸収ネットワークを取り付けます。

3.3 ソフトスイッチング技術

ソフト スイッチング技術の適用により、パワー MOSFET と IGBT がゼロ電圧でオン、ゼロ電流でオフになり、ファスト リカバリ ダイオードもソフトオフになるため、電磁干渉を低減することができ、電源の消費電力を削減できます。回路。 パワーデバイスの di/dt および dv/dt により、EMI レベルを低減できます。 ソフトスイッチング技術はリップルの高次高調波の抑制に一定の効果しかないことが実験により証明されています。

3.4 コモンモード干渉のアクティブ抑制技術

コモンモード妨害アクティブ抑制技術は、ノイズ源から対策を講じてコモンモード妨害を抑制する技術です。 この方法の考え方は、EMIの原因となる主スイッチング電圧波形とは全く逆の補償用EMIノイズ電圧を主回路から抽出し、それを使用して元のスイッチング電圧の影響をバランスさせることです。

3.5 プリント基板

プリント基板の部品配置や配線設計がスイッチング電源のEMC性能に大きな影響を与えることが実際に証明されています。 高圧電力バスバー、一部の高周波電力スイッチおよび磁気コンポーネントもあります。 プリント基板の限られたスペース内でコンポーネントの位置を合理的に配置する方法は、回路内の各コンポーネントの耐干渉性能に直接影響します。 そして回路の信頼性。

3.5.1 配線インピーダンスの影響

プリント線の特性インピーダンスを解析し、プリント線の配置方法、長さ、幅、レイアウト方法を選択します。

単線の特性インピーダンスは直流抵抗Rと自己インダクタンスLで構成されます。

Z=R プラス jωL(1) L=2lln(2)

式では、 l - ワイヤーの長さ。

b - ワイヤ幅。

明らかに、印刷されたライン l が短いほど、DC 抵抗 R は小さくなります。 同時に、印刷線の幅と厚さを増やすことによって、DC 抵抗 R を下げることもできます。

式(2)より、印刷線路の長さ l が短いほど自己インダクタンス L は小さくなり、印刷線路の幅 b を大きくすると自己インダクタンス L を小さくできることがわかります。複数の印刷ラインは、直流抵抗 R と自己インダクタンス L だけで構成されるだけでなく、相互インダクタンス M の影響も受けます。相互インダクタンス M は、印刷ラインの長さと幅だけでなく、印刷ライン間の距離にも影響されます。印刷された線。 重要な役割を果たす。 M=2l(3)

式: s—2 本の線間の距離 2 本の線間の距離を増やすと、相互インダクタンスを減らすことができます。

上記の現象を考慮し、電源供給時には電源線やグランド線などのプリント配線にはインダクタンスが存在するため、プリント基板の設計時には、電源線やグランド線のインピーダンスを可能な限り下げる必要があります。電流が大きく変化すると、大きな電圧降下が発生します。アース線の電圧降下は、公共インピーダンス干渉の形成における重要な要素であるため、アース線をできるだけ短くし、電源線と電源線をできるだけ短くする必要があります。アース線はできるだけ太くする必要があります。

両面プリント基板の設計においては、電源線とグランド線をできるだけ太くするとともに、グランド線と電源線の間に高周波特性の良いデカップリングコンデンサを挿入してください。 また、印刷された 2 本の信号線を並行して配線しないでください。 並列配線が避けられない場合は、以下の方法で解決できます。 1) 2 本の信号線の間にアース線を追加してシールドします。

2) 2 本の平行な信号線間の距離をできるだけ離して、2 本の線間の電磁場の影響を軽減します。

3) 2 本の並列信号線に流れる電流の方向は逆です。 （誘導磁束を低減する目的です）

3.5.2 コンポーネントのレイアウト

プリント基板を設計する場合、作業条件の制限により、干渉源と干渉源を回避することは通常困難です。 このとき、コンポーネントが遠すぎるために長すぎる印刷線によって引き起こされる干渉を避けるために、相互に関連するコンポーネントを一緒に配置するようにしてください。 また、入力信号、出力信号はできるだけリードポートの近くに配置してください。 、結合パスによる干渉を避けるため。

4つの構造的対策

シールドは電磁両立性の問題を解決するための重要かつ効果的な手段です