電源リップルの発生を防ぐには
SWITCH のスイッチにより、インダクタ L の電流も出力電流の実効値で上下に変動します。 そのため、出力端にもSWITCHと同じ周波数のリップルが発生します。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。
スイッチング電源のリップルの発生を抑えるにはどうすればよいですか？ 私たちの目標は、出力リップルを許容可能なレベルまで低減することであり、この目標を達成するための最も基本的な解決策は次のとおりです。
スイッチング電源におけるリップルの発生
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、そのための最も根本的な解決策は、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 のスイッチにより、インダクタ L の電流も出力電流の実効値で上下に変動します。 そのため、出力端にもSWITCHと同じ周波数のリップルが発生します。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KHzから数百KHzの範囲です。
さらに、SWITCH では一般にバイポーラ トランジスタまたは MOSFET が使用されますが、どのタイプであっても、導通および遮断中に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、回路内には SWITCH の立ち上がり時間と立ち下がり時間と同じ周波数、または奇数倍のノイズ (通常は数十 MHz) が発生します。 同様に、逆回復時のダイオード D の等価回路は、抵抗、コンデンサ、インダクタの直列接続となり、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、ACノイズも存在します。 周波数は入力 AC 電源の周波数で、約 50-60 Hz です。 スイッチング電源の多くのパワーデバイスでは、エンクロージャをヒートシンクとして使用すること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るコモンモードノイズもあります。 私は自動車エレクトロニクスの研究開発に携わっているため、後者の 2 つのタイプのノイズについて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 カップリングは、重畳された DC 電圧を除去し、正しい波形を取得することです。
2. 20MHz の帯域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ランプを取り外し、干渉を減らすために測定に接地リングを使用します。 多くの部品には接地リングがありません。誤差が許容される場合は、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データで述べたように、50 Ω モジュールは DC 成分を除去した後、AC 成分を測定します。 しかし、このような特殊なプローブを備えたオシロスコープはほとんどなく、多くの場合、標準的な 100K Ω ～ 10M Ω のプローブを使用して測定するため、一時的に明瞭さに影響を及ぼします。
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、通常は数百メガビットから GHz の範囲のオシロスコープの全通過帯域を使用します。 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、テスト結果を明確に理解することが重要です。 最後に、顧客からの認知を得る必要があります。
