スイッチング電源のリップル抑制

スイッチング電源のリップル抑制

スイッチング リップルについては、理論的にも実際にも存在する必要があります。 通常、それを抑制または削減するには、次の 5 つの方法があります。

1. インダクタンスと出力コンデンサ フィルタを大きくする

スイッチング電源の式より、インダクタの電流変動はインダクタンス値に反比例し、出力リップルは出力コンデンサ値に反比例します。 したがって、インダクタの値と出力コンデンサの値を大きくすると、リップルを減らすことができます。

同様に、出力リップルと出力容量の関係: vripple=Imax/(Co×f)。 出力コンデンサの値を大きくすると、リップルが減少することがわかります。

通常、出力コンデンサにはアルミ電解コンデンサを使用して大容量化しています。 ただし、電解コンデンサは高周波ノイズの抑制にあまり効果がなく、ESRが比較的大きいため、その隣にセラミックコンデンサを並列に接続して、アルミ電解コンデンサの不足を補います。

同時に、スイッチング電源が動作している場合、入力端子の電圧Vinは変化しませんが、電流はスイッチで変化します。 このとき、入力電源は電流を十分に供給できず、通常は電流入力端子の近く (例として BucK タイプを取り、SWITcH の近く) にコンデンサを並列に接続して電流を供給します。

リップルの低減に対する上記の方法の効果は限定的です。 体積の制限により、インダクタンスは大きくなりすぎません。 出力容量が特定のレベルまで増加しても、リップルの減少に明らかな影響はありません。 スイッチング周波数を上げると、スイッチング損失が増加します。 したがって、要件がより厳しい場合、この方法はあまり適していません。 スイッチング電源の原理などについては、各種スイッチング電源の設計書が参考になります。

2. 2 段階のフィルタリング、つまり LC フィルターの段階を追加する

LC フィルターは、ノイズ リップルに対してより明白な抑制効果があります。 除去するリップルの周波数に応じて、適切なインダクタンスとキャパシタンスを選択してフィルタ回路を形成すると、一般にリップルを非常に効果的に低減できます。

サンプリングポイントを LC フィルタ (Pa) の前に選択すると、出力電圧が低下します。 どのインダクタにも DC 抵抗があるため、電流出力がある場合、インダクタの両端で電圧降下が発生し、電源の出力電圧が低下します。 そして、この電圧降下は出力電流によって変化します。

サンプリング ポイントは LC フィルター (Pb) の後で選択されるため、出力電圧は必要な電圧になります。 しかし、これにより電源システム内にインダクタンスとコンデンサが導入され、システムが不安定になる可能性があります。 システムの安定性については、多くの情報が紹介されているので、ここでは詳しく書きません。

3. 電源出力切り替え後、LDOフィルタに接続

これは、リップルとノイズを低減する最も効果的な方法であり、出力電圧は一定であり、元のフィードバック システムを変更する必要はありませんが、コストと消費電力が最も高い方法でもあります。 どの LDO にも指標があります。ノイズ除去比です。 は周波数-dB 曲線です。

リップルを低減します。 スイッチング電源の PCB レイアウトも非常に重要で、非常に難しい問題です。 専任のスイッチング電源 PCB エンジニアがいます。 高周波ノイズの場合、高周波で振幅が大きいため、後段のフィルタリングには一定の効果がありますが、その効果は明ら​​かではありません。 この分野には特別な研究があり、簡単な方法は、コンデンサ C または RC、またはダイオードの直列インダクタンスを接続することです。

4.ダイオードにコンデンサCまたはRCを接続します

ダイオードを高速でオン/オフする場合、寄生パラメータを考慮する必要があります。 ダイオードの逆回復期間中、等価インダクタンスと等価キャパシタンスは RC 発振器になり、高周波発振を生成します。 この高周波発振を抑制するには、コンデンサ C または RC スナバ ネットワークをダイオードの両端に並列に接続する必要があります。 抵抗は通常 10Ω-100Ω で、容量は 4.7pF-2.2nF です。

ダイオードに並列に接続されたコンデンサ C または RC の値は、試行錯誤によってのみ決定できます。 適切に選択しないと、より深刻な振動が発生します。

高周波ノイズの要件が厳しい場合は、ソフト スイッチング技術を使用できます。 ソフトスイッチング専用の本はたくさんあります。

5. ダイオードの後に​​インダクタ (EMI フィルタ) が続きます。

これは、高周波ノイズを抑制するために一般的に使用される方法でもあります。 ノイズの発生頻度に合わせて、適切なインダクタンス素子を選択することでも効果的にノイズを抑えることができます。 インダクタの定格電流は実際の要件を満たす必要があることに注意してください。 比較的簡単な方法については詳しく説明しません。