スイッチング電源の干渉と抑制

スイッチング電源の干渉と抑制

スイッチング電源自体によって発生する干渉は、電子機器の通常の動作を直接的に危険にさらします。 スイッチング電源の開発・設計において、スイッチング電源自体の電磁ノイズを抑えることは重要なテーマです。 この記事では、スイッチング電源における電磁干渉の発生と伝播のメカニズムを簡単に紹介し、スイッチング電源における電磁干渉の発生と伝播を抑制するためのいくつかの主な方法をまとめます。

スイッチング電源は、電子機器の電源装置として、小型、軽量、高効率などの利点があり、デジタル回路に広く使用されています。 しかし、その高周波スイッチング状態により、それは強力な干渉源であり、それによって生成される干渉は電子機器の通常の動作を直接危険にさらします。 そのため、スイッチング電源自体の電磁ノイズを抑制し、電子機器の長期にわたる安全・信頼性の高い動作を確保するために、スイッチング電源自体の電磁妨害耐性を向上させることが、スイッチング電源の開発・設計における重要な課題となっています。

スイッチング電源干渉の発生

スイッチング電源の干渉は、一般に 2 つのカテゴリに分類されます。1 つは、スイッチング電源の内部コンポーネントによって形成される干渉です。 2 つ目は、スイッチング電源における外部要因による干渉です。 どちらも人為的要因と自然的要因の両方が関係します。

スイッチング電源の内部干渉

スイッチング電源によって発生する EMI は、主に、基本整流器によって発生する高次高調波電流干渉と、電力変換回路によって発生するピーク電圧干渉によって引き起こされます。

基本的な整流器

基本的な整流器の整流プロセスは、EMI の最も一般的な原因です。 これは、電源周波数の AC 正弦波が整流後の単一周波数電流ではなくなり、DC 成分と異なる周波数の一連の高調波成分になるためです。 高調波 (特に高次高調波) は、伝送線路に沿って伝導干渉と放射干渉を生成し、フロントエンド電流の歪みを引き起こします。 一方では、フロントエンドの電力線に接続されている電流波形の歪みを引き起こし、他方では、電力線を通じて無線周波数干渉を発生させます。

電力変換回路

電力変換回路はスイッチ安定化電源の中核であり、広い帯域幅と豊富な高調波を生成します。 このパルス干渉を生成する主なコンポーネントは次のとおりです。

1) スイッチチューブとそのヒートシンク、シェル、および電源内部のリード線の間には分布容量があります。 スイッチ管に大きなパルス電流（通常は矩形波）を流すと、波形に高周波成分が多く含まれます。 同時に、スイッチパワートランジスタの蓄積時間、出力段の大電流、スイッチ整流ダイオードの逆回復時間など、電源をオフにするために使用されるデバイスパラメータにより、瞬間的な断線が発生する可能性があります。回路内で短絡が発生し、大きな短絡電流が発生します。 さらに、スイッチ管の負荷は高周波トランスまたはエネルギー貯蔵インダクタです。 スイッチ管が導通した瞬間に、トランスの一次側に大きな突入電流が発生し、ピークノイズが発生します。

2) 高周波トランススイッチング電源のトランスは絶縁と変圧に使用されますが、漏れインダクタンスにより電磁誘導ノイズが発生する場合があります。 同時に、高周波条件下では、トランスの層間の分布容量が高次高調波ノイズを一次側から二次側に伝達し、トランスのシェルへの分布容量が別の高調波ノイズを形成します。周波数経路が狭くなり、トランスの周囲に発生する電磁場が結合して他のリード線にノイズを形成しやすくなります。

3) 整流ダイオードの二次側整流ダイオードを高周波整流に使用している場合、逆回復時間の要因により、逆電圧が印加された場合、順電流に蓄積された電荷はすぐに消去できません。キャリアの存在と電流の流れ）。 逆電流回復の傾きが大きすぎると、コイルを流れるインダクタンスによってピーク電圧が発生し、トランスの漏れインダクタンスやその他の分布パラメータの影響を受けて、最大数十の周波数の強力な高周波干渉が発生します。 MHzの。

4) コンデンサ、インダクタ、ワイヤ式スイッチング電源は、高周波で動作するため低周波成分の特性が変化し、ノイズが発生することがあります。