スイッチング電源PCB向けの最適化されたEMC設計ソリューション

スイッチング電源PCB向けの最適化されたEMC設計ソリューション

スイッチングコンバータのノイズ干渉経路は、干渉源と干渉を受ける機器の結合条件を提供し、その共通モード干渉と差動モード干渉の研究は特に重要です。回路の主要コンポーネントの高周波モデルと、共通モードおよび差動モードノイズの回路モデルを主に分析し、スイッチング電源PCBのEMC最適化設計に役立てます。

スイッチング電源の回路に対するコモンモード干渉と差動モード干渉の影響は異なります。通常、低周波では差動モードノイズが支配的であり、高周波ではコモンモードノイズが支配的であり、コモンモード電流の放射効果は通常、差動モード電流の放射効果よりもはるかに大きいため、電源では差動モード干渉とコモンモード干渉を区別する必要があります。

差動モード干渉とコモンモード干渉を区別するには、まずスイッチング電源の基本的な結合モードを研究し、それに基づいて差動モードノイズ電流とコモンモードノイズ電流の回路経路を確立する必要があります。スイッチング電源の伝導結合は主に次のとおりです。

回路ベースの伝導結合、静電容量結合、誘導結合、およびこれらの結合方法の組み合わせ。

1 コモンモードと差動モードのノイズパスモデル

スイッチング電源では、高周波トランスの一次巻線と二次巻線間の結合容量 CW、パワーチューブとヒートシンク間の浮遊容量 CK の存在により、パワーチューブ自身の寄生パラメータとプリント配線による相互インダクタンス、自己インダクタンス、相互容量、自己容量、インピーダンスなどの寄生パラメータが形成され、相互結合、コモンモードノイズ、および不良モードノイズパスが形成され、コモンモードと不良モードの伝導干渉が形成されます。コンバータのノイズ電流パスモデルは、電力スイッチングデバイス、トランス、およびプリント配線の抵抗、インダクタンス、および容量の寄生パラメータモデルの分析に基づいて取得できます。

2 回路の主要部品の高周波モデル

パワー スイッチング チューブの内部寄生インダクタンスと容量は、回路の高周波性能に影響します。これらの容量により、高周波干渉漏れ電流が金属基板に流れ、パワー チューブとヒートシンクの間には浮遊容量 CK があり、通常は安全上の理由から接地されているため、コモン モード ノイズ パスとなります。

PWMコンバータの動作には、スイッチングデバイスの動作とそれに伴うコモンモードノイズが伴います。図1に示すように、ハーフブリッジコンバータの場合、スイッチQ1のドレイン電圧は常にU1で、スイッチング状態が変化するとソース電位は0とU1/2の間で変化します。Q2のソース電位は常に0で、ドレイン電位は0とU1/2の間で変化します。スイッチングチューブとヒートシンクの良好な接触を維持するために、スイッチングチューブの底部とヒートシンクの間に絶縁スペーサーを追加するか、スイッチングチューブの底部とヒートシンクに熱伝導率の良好な絶縁シリコンを塗り付けることがよくあります。 これにより、ポイント A からグランドまでは並列結合容量 CK が存在するのと同等になり、スイッチング チューブ Q1、Q2 の状態が変化すると、ポイント A の電位が変化するため、図 2 に示すように、CK にノイズ電流 Ick が発生します。ヒートシンクからシャーシへの電流と、シャーシ、つまり、アースと主電源ラインには結合インピーダンスがあり、図 2 の点線に示すコモンモード ノイズ パスが形成されます。その結果、コモンモード ノイズ電流によって、グランドと主電源ライン間の結合インピーダンス Z に電圧降下が発生し、コモンモード ノイズが形成されます。