スイッチング電源の特性と電磁妨害発生の仕組み
スイッチング電源には 4 つの基本的な特性があります。
① 場所は比較的わかりやすいです。 主にパワースイッチングデバイス、ダイオード、接続されたヒートシンクや高周波トランスに重点を置いています。
② エネルギー変換装置はオン・オフ状態で動作します。 スイッチング電源はスイッチング状態で動作するエネルギー変換デバイスであるため、電圧と電流の変化率が高く、その結果、干渉強度が大きくなります。
③ 電源用プリント基板（PCB）の配線は通常手作業で行われます。 この配置により、非常に恣意的なものとなり、PCB 分布パラメータの抽出と近接場干渉の予測と評価が困難になります。
④ スイッチング周波数が数万Hzから数MHzと大きい。 干渉の主な形態は、伝導性干渉と近接場干渉です。
電磁波障害の発生メカニズム
スイッチング回路によって発生する電磁妨害
スイッチング回路はスイッチング電源の中核であり、主にスイッチング管と高周波トランスで構成されています。 それによって生成される dv/dt は、振幅が大きく、周波数帯域が広く、高調波が豊富なパルスです。 このパルス干渉の主な理由は 2 つあります。1 つは、スイッチ管の負荷が高周波トランスの一次コイルであり、誘導性負荷であることです。 スイッチ管がオンした瞬間、1次コイルに大きなサージ電流が発生し、1次コイルの両端に高いサージピーク電圧が発生します。 スイッチ管が断線した瞬間、1次コイルの漏れ磁束により、エネルギーの一部が1次コイルから2次コイルへ伝わりません。 インダクタに蓄えられたエネルギーは、コレクタ回路の静電容量と抵抗とともにスパイクを伴う減衰振動を形成し、これがターンオフ電圧に重畳されてターンオフ電圧スパイクを形成します。 このような電源電圧の遮断により、1次コイル接続時と同様の励磁サージ電流過渡現象が発生し、このノイズが入出力端子に伝わり、伝導障害を引き起こします。 一方、パルストランスの一次コイル、スイッチ管、フィルターコンデンサーで構成される高周波スイッチング電流ループは、大量の空間放射線を生成し、放射線干渉を形成する可能性があります。
高周波整流回路のダイオードの逆回復時間によって引き起こされる干渉は、順導通中に整流ダイオードを通って流れる大きな順電流によって引き起こされます。 逆バイアス電圧によりターンオフすると、PN接合にさらに多くのキャリアが蓄積されるため、キャリアが消滅するまでの期間に逆方向に電流が流れ、逆回復電流が急激に減少します。キャリアが消失し、大きな電流変化 (di/dt) が発生します。
電磁波障害抑制対策
電磁干渉を形成する 3 つの要素は、干渉源、伝播経路、および妨害を受ける機器です。 したがって、電磁波障害の抑制はこれら 3 つの側面から行う必要があります。
その目的は、干渉源を抑制し、干渉源と妨害を受けた機器間の結合と放射を排除し、妨害を受けた機器の耐干渉能力を向上させ、それによってスイッチング電源の電磁両立性性能を向上させることです。
フィルターを使用して電磁干渉を抑制する
フィルタリングは、電磁干渉を抑制するための重要な方法であり、電力網内の機器に侵入する電磁干渉を効果的に抑制し、機器内の電力網に侵入する電磁干渉も抑制できます。 スイッチング電源の入出力回路にスイッチングパワーフィルタを設置することは、伝導妨害の問題を解決できるだけでなく、放射妨害を解決するための重要な武器でもあります。 フィルタリング抑制技術は、パッシブフィルタリングとアクティブフィルタリングの2つの方式に分けられます。
パッシブフィルタリング技術
パッシブ フィルタ回路はシンプルでコスト効率が高く、信頼性が高いため、電磁干渉を抑制する効果的な方法となります。 パッシブ フィルターはインダクタンス、キャパシタンス、抵抗成分で構成されており、その直接的な機能は伝導性放射を解決することです。
元の電源回路のフィルタコンデンサの容量が大きいため、整流回路でパルスピーク電流が生成されます。これは多数の高次高調波電流で構成され、電力網に干渉を引き起こします。 また、回路内のスイッチ管やトランスの一次コイルの導通・遮断により脈流が発生します。 電流の変化率が高いため、周囲の回路で差動およびコモンモード干渉信号を含む、さまざまな周波数の誘導電流が生成されます。 これらの干渉信号は電力網の他の線に送信され、2 本の電力線を通じて他の電子機器に干渉する可能性があります。 図の差動モードフィルタリング部分は、スイッチング電源内部の差動モード干渉信号を低減することができ、動作中に機器自体によって生成される電磁干渉信号を大幅に減衰させて電力網に送信することができます。 電磁誘導の法則により、L両端の電圧降下をE、インダクタンスをL、電流変化率をdi/dtとすると、E-Ldi/dtが求められます。 当然のことながら、電流変化率が小さいほど、必要なインダクタンスは大きくなります。
