スイッチング電源の高調波を解決する方法
現代の電子機器では、スイッチング電源は小型で高効率という特徴を持つ電源方式として広く使用されています。しかし、スイッチング電源は高調波も発生し、ある程度、電源の品質と電力網の安定性に影響を与え、回路やデバイスに損害を与えることもあります。そのため、スイッチング電源の高調波問題を解決することが不可欠です。
スイッチング電源における高調波の原因
高調波とは、基本波よりも周波数が高い一種の電気波形を指し、その発生源は一般に非線形負荷、非正弦波電圧、電磁干渉などの要因から生じます。スイッチング電源の動作原理により、高調波が発生しやすくなります。
1. コンデンサフィルタ回路の短絡効果
スイッチング電源では、コンデンサフィルタ回路は主に電源出力の脈動電圧を低減しますが、高周波ではコンデンサも短絡します。ただし、短絡により高調波電流が電源に流れ込み、導体に振動が発生し、ノイズや熱効果が発生します。
2. インダクタンスフィルタ回路の共振効果
スイッチング電源では、インダクタンスフィルタ回路は主に電源出力の高周波脈動を防止するために使用されます。負荷電流が非常に低い場合、インダクタンスは共振状態になり、高周波高調波電流が発生します。発生した高周波高調波電流は、電源コンデンサとラインインダクタンスで共振し、電流が流れると高周波振動が発生します。
3. インダクタンスフィードバック回路の共振の影響
共振フィードバック回路は、スイッチング電源の重要な性能特性です。フィードバックコントローラは、負荷と電源を継続的に監視し、電源出力を適時に調整して回路全体の効率を向上させるために使用されます。ただし、誘導フィードバック回路は共振回路を介して電源の出力電圧を低下させ、高調波電流の発生を増加させます。
4. 作業頻度の影響
スイッチング電源の動作周波数が高くなるほど、高調波が高くなり、高調波電流が多くなります。高周波電流はコイルに比較的大きな電磁波を発生させ、電気機器自体と電磁波が空気中で相互作用する現象も引き起こします。
スイッチング電源の高調波による害
スイッチング電源の高調波は機器やシステムに害を及ぼしますが、具体的な害は次のとおりです。
1.スイッチング電源自体への損傷。
スイッチング電源によって高周波で発生する高調波により、スイッチング管の内部熱消費が増加し、スイッチング管が損傷するリスクが高まります。
2. 荷物へのダメージ
スイッチング電源の出力高調波は負荷に影響を与え、特に精密機器や医療機器の場合、回路内のコンポーネントを損傷しやすくなります。
3. 電力網への被害
スイッチング電源が高調波を出力すると、それが電力網に広がり、電力網の高調波電流が増加し、電力網の過負荷、ケーブルの温度上昇、電源トランスコアの損傷などの問題が発生し、安定性に影響を与えます。
スイッチング電源の高調波に対するソリューション
スイッチング電源の高調波問題をより適切に解決するために、通常、次の解決策が採用されます。
1.高調波抑制回路を採用。
高調波抑制回路を使用することで、高周波電流の発生を制限し、スイッチング電源に対する高調波電流の影響を効果的に低減できます。
2. 新しいフィルターを採用する
新しいフィルタは、非誘導性トポロジ回路、マルチコンデンサマルチパラメータフィルタなどの使用により、スイッチング電源の高調波問題に対する優れたソリューションを提供します。
3. スイッチング電源の設計を改善する。
スイッチング電源の設計では、内部のエネルギー損失とエネルギー劣化を最小限に抑え、高調波の発生を減らすために、電子部品、配線形態、複合材料を最適化する必要があります。
4. 省エネ機器を導入するか、出力電圧を上げます。
省エネ機器を導入したり、スイッチング電源の出力電圧を上げたりすることで、高調波電流の発生や影響を効果的に低減できます。
