スイッチング電源のリップルを防ぐ方法

スイッチング電源のリップルを防ぐ方法

スイッチング電源のリップル発生

出力リップルを許容レベルまで低減することが目標であり、その根本的な解決策はリップルの発生を可能な限り回避することです。まず、スイッチング電源のリップルの種類と原因を明らかにする必要があります。

SWITCH のスイッチに続いて、インダクタ L の電流も出力電流の実効値の範囲内で上下に変動します。したがって、出力端には SWITCH と同じ周波数のリップルも発生します。これを一般にリップルと呼びます。出力コンデンサの容量とESRに関係します。このリップルの周波数はスイッチング電源の周波数と同じで、数十～数百KHzの範囲です。

また、SWITCH では一般的にバイポーラ トランジスタまたは MOSFET が使用されます。どちらを使用する場合でも、オンとオフの際には立ち上がり時間と立ち下がり時間が発生します。この時点で、同じ周波数または SWITCH の立ち上がり時間と立ち下がり時間の奇数倍のノイズが回路内に発生します (通常は数十 MHz の範囲)。逆回復時のダイオードDの等価回路は、抵抗、容量、インダクタンスの直列接続となり、共振を起こし、数十MHzのノイズ周波数が発生することがあります。これら 2 種類のノイズは一般に高周波ノイズと呼ばれ、通常、その振幅はリップルよりもはるかに大きくなります。

AC/DCコンバータの場合、上記2種類のリップル（ノイズ）に加えて、入力AC電源の周波数である50-60Hz付近のACノイズも存在します。コモンモードノイズの一種もあり、これはエンクロージャをヒートシンクとして使用する多くのスイッチング電源のパワーデバイスによって生成される等価静電容量によって引き起こされます。私はカーエレクトロニクスの研究開発に従事しているため、後者 2 つのノイズにさらされる機会が少ないため、現時点では考慮していません。

スイッチング電源のリップル測定
基本要件: オシロスコープの AC カップリングを使用、20MHz の帯域幅制限、プローブのアース線を外す

1. AC 結合は、正しい波形を得るために重畳された DC 電圧を除去するプロセスです。

2. 20MHz の帯域幅制限を開放するのは、高周波ノイズによる干渉を防ぎ、測定エラーを防ぐためです。高周波成分は振幅が大きいため、測定時には除去する必要があります。

3. オシロスコープのプローブの接地クリップを取り外し、干渉を減らすために接地リングを使用して測定します。多くの部品には接地リングがありません。誤差が許容できる場合は、プローブの接地クランプを使用して直接測定できます。ただし、資格があるかどうかを判断する際には、この要素を考慮する必要があります。

もう一つのポイントは50Ω端子を使うことです。横河オシロスコープの情報によると、50ΩモジュールはDC成分を除去した後のAC成分を測定しているようです。ただし、このような特殊なプローブを備えているオシロスコープはほとんどありません。ほとんどの場合、100K Ω から 10M Ω までの標準プローブが測定に使用されますが、その影響は現時点では不明です。

以上がスイッチリップル測定時の基本的な注意事項です。オシロスコープのプローブが出力点に直接接触しない場合は、ツイストペアケーブルまたは 50 Ω 同軸ケーブルを使用して測定する必要があります。

高周波ノイズを測定する場合、オシロスコープの全通過帯域は通常、数百メガヘルツから GHz の範囲になります。その他は上記と同じです。企業が異なれば、テスト方法も異なる場合があります。最終的には、顧客に認知されるためには、自分自身のテスト結果を明確に理解することが重要です**。