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

スイッチの切り替わりに伴って、インダクタLの電流も出力電流の実効値に応じて上下に変動します。そのため、出力にもスイッチと同じ周波数のリップルが発生します。これが一般にリップルと呼ばれるものです。これは出力コンデンサの容量とESRに関係しています。

スイッチング電源のリップルの発生を抑制する方法、スイッチング電源のリップルの発生私たちの目的は出力リップルを許容できるレベルまで低減することであり、この目標に対する根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
私たちの目標は、出力リップルを許容できるレベルまで低減することです。この目標に対する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、スイッチング電源におけるリップルの種類と原因を明確にする必要があります。

スイッチの切り替わりに伴って、インダクタLの電流も出力電流の実効値に応じて上下に変動します。そのため、出力にもスイッチと同じ周波数のリップルが発生します。これが一般にリップルと呼ばれるものです。これは出力コンデンサの容量とESRに関係しています。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です。

また、スイッチは一般的にバイポーラトランジスタまたはMOSFETを選択しますが、どちらであっても、オンとオフのときに立ち上がり時間と立ち下がり時間があります。このとき、回路にはスイッチの立ち上がりと立ち下がり時間と同じ周波数または奇数倍の周波数のノイズが発生し、通常は数十MHzになります。同様に、逆回復の瞬間、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であり、共振を引き起こし、ノイズ周波数は数十MHzになります。これらの2種類のノイズは一般に高周波ノイズと呼ばれ、振幅は通常リップルよりもはるかに大きくなります。

AC/DCコンバータであれば、上記2種類のリップル（ノイズ）の他にACノイズがあり、その周波数は入力AC電源の周波数で約50～60Hzです。また、シェルを放熱器としてスイッチング電源の多数のパワーデバイスが発生する等価容量によって発生するコモンモードノイズもあります。私は車載エレクトロニクスの研究開発に携わっているため、後者2種類のノイズにはほとんど触れたことがないので、当面は考慮しません。

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 結合、20 MHz の帯域幅制限を使用し、プローブのアース線を外します。

1、AC結合は重畳されたDC電圧を除去し、正しい波形を得ることです。

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

3. 干渉を減らすために、オシロスコープのプローブの接地クランプを外し、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ないため、誤差が許容される場合は、プローブの接地クランプで直接測定できます。ただし、適格かどうかを判断するときは、この要素を考慮する必要があります。

もう1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成分を除去してAC成分を測定するとのことです。しかし、このような特殊なプローブを装備しているオシロスコープは少なく、ほとんどの場合、100KΩ～10MΩの標準プローブを使用して測定するため、影響は今のところ明らかではありません。

上記はスイッチリップルを測定する際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ポイントに直接接触していない場合は、ツイストペアまたは 50Ω 同軸ケーブルで測定する必要があります。

高周波ノイズを測定する場合、オシロスコープのオールパスバンドを使用します。これは通常、数百メガバイトからGHzレベルです。その他は上記と同じです。会社によってテスト方法が異なる場合があります。最終的には、テスト結果を明確にしてください。顧客に認識されるようにしてください。

オシロスコープについて:
一部のデジタルオシロスコープは、干渉や保存深度によりリップルを正確に測定できません。このとき、オシロスコープを交換する必要があります。この点では、古いアナログオシロスコープの帯域幅は数十メガバイトしかありませんが、そのパフォーマンスはデジタルオシロスコープよりも優れています。