スイッチング電源の電磁両立性
高電圧、大電流スイッチング条件下で動作するスイッチング電源によって引き起こされる電磁両立性問題の原因は非常に複雑です。機械全体の電磁気特性の観点から、主に共通インピーダンス結合、線間結合、電界結合、磁界結合、電磁波結合があります。共通インピーダンス結合は、主に妨害源と妨害対象物との間の共通の電気インピーダンスです。このインピーダンスを介して、妨害信号が妨害対象物に入ります。線間結合は、主に平行配線により妨害電圧と妨害電流を生成するワイヤまたはPCBラインの相互結合です。電界結合は主に電位差の存在によるもので、誘導電界が妨害対象物に電界結合を引き起こします。磁界結合は主に、高電流パルス電源ラインの近くで発生する低周波磁界が妨害対象物に結合することを指します。電磁界結合は主に、パルス電圧または電流によって生成された高周波電磁波が空間を介して外側に放射され、対応する妨害対象物に結合を引き起こすためです。 実際のところ、それぞれのカップリング方法を厳密に区別することはできませんが、焦点は異なります。
スイッチング電源では、主電源スイッチ管が非常に高い電圧で高周波スイッチングモードで動作し、スイッチング電圧とスイッチング電流はどちらも方形波に近い。スペクトル分析から、方形波信号には豊富な高次高調波が含まれていることがわかっている。この高次高調波のスペクトルは、方形波周波数の1000倍以上に達することがあります。同時に、電源トランスと主電源スイッチングデバイスの漏れインダクタンスと分布容量の非理想的な動作条件により、高周波のオン/オフ時に高周波および高電圧ピーク高調波振動が頻繁に発生します。この高調波振動によって生成された高調波は、スイッチ管とラジエーター間の分布容量を介して内部回路に導入されるか、ラジエーターとトランスを介して空間に放射されます。整流とフリーホイールに使用されるスイッチングダイオードも、高周波障害の重要な原因です。 整流ダイオードとフリーホイールダイオードは高周波スイッチング状態で動作するため、ダイオードのリード寄生インダクタンス、接合容量、逆回復電流の影響により、非常に高い電圧と電流の変化率で動作し、高周波振動が発生します。 整流ダイオードとフリーホイールダイオードは一般に電力出力ラインの近くにあり、それらが生成する高周波障害はDC出力ラインを介して伝達される可能性が最も高くなります。 力率を改善するために、スイッチング電源はアクティブ力率補正回路を採用しています。 同時に、回路の効率と信頼性を向上させ、パワーデバイスへの電気的ストレスを軽減するために、ソフトスイッチング技術が広く使用されています。 その中で、ゼロ電圧、ゼロ電流、またはゼロ電圧/ゼロ電流スイッチング技術が最も広く使用されています。 この技術は、スイッチングデバイスによって発生する電磁障害を大幅に低減します。 ただし、ほとんどのソフトスイッチングロスレス吸収回路は、エネルギー転送にLとCを使用し、ダイオードの一方向伝導性能を使用して一方向エネルギー変換を実現します。 そのため、共振回路内のダイオードが電磁障害の主な発生源になります。
スイッチング電源は、一般的にエネルギー貯蔵インダクタとコンデンサを使用してLおよびCフィルタ回路を形成し、差動モードとコモンモードの妨害信号をフィルタリングします。インダクタコイルの分布容量により、インダクタコイルの自己共振周波数が低下し、多数の高周波妨害信号がインダクタコイルを通過し、AC電源ラインまたはDC出力ラインに沿って外側に伝播します。フィルタコンデンサの妨害信号の周波数が増加すると、リードインダクタンスの影響により、静電容量とフィルタリング効果が継続的に低下し、コンデンサパラメータが変化することもあります。これも電磁妨害の原因となります。
