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電源の全体的なパフォーマンスを向上させるために、スイッチング電源のリップルとEMIを抑制する方法

発売日 : 2022/06/06
電源の全体的なパフォーマンスを向上させるために、スイッチング電源のリップルとEMIを抑制する方法
ST PWM IC MOSFET
スイッチング電源は、一般にパルス幅変調PWM制御ICとMOSFETで構成され、スイッチング管の時間比を制御して安定した出力電圧を維持します。鉄コイルの巻数と鉄心の体積が減少するため、スイッチング電源の損失は非常に少なく、効率は一般に高く、一般に電力効率は90%に達します。小型で安定した出力と相まって、多くの面で明らかな利点があります。
しかし、別の角度から見ると、その欠点も明らかです。複雑な回路、高い電源ノイズ、不十分な過渡応答、複雑な出力リップル、簡単な電磁干渉などの問題も私たちの目の前にあります。一部の低ノイズ回路では、電源の切り替えは無力であることがよくあります。これらの欠点はどこで発生し、どのように回避できますか?
 
リップルを抑制し、スイッチング電源の全体的なパフォーマンスを向上させる
 
波紋は回路にさまざまな危険を引き起こす可能性があり、回路にとって非常に致命的です。まず、リップルが発生すると、高調波が発生しやすくなり、回路自体に害を及ぼし、電源の効率を低下させます。より高いリップルは、回路を直接破壊するサージを引き起こす可能性があります。回路が直接破壊されていなくても、デジタル回路の論理関係に大きな干渉を与え、動作に影響を与えます。
 
スイッチング電源の出力リップルは、主に残留低周波出力リップル、スイッチング動作と同じ高周波の高周波リップル、寄生によって引き起こされるコモンモードリップルノイズ、超高-パワーデバイススイッチングの周波数共振ノイズ、および閉ループ調整制御。リップルノイズ。残留する低周波出力リップルは、出力回路のフィルターコンデンサー容量が不十分なためです。このタイプのリップルを抑制する方法は、出力コンデンサを増やすか、ESRを並列に減らすことにより、比較的簡単です。閉ループレギュレーション制御によってもたらされるリップルは、レギュレーターパラメータで直接改善できます。これも簡単に実現できます。
 
パワーデバイスを使用して、入力DC電圧の高周波スイッチング変換、整流、フィルタリングを実行し、主に関連する安定化出力を実現すると、スイッチング動作と同じ高周波の高周波リップルが発生します。スイッチング電源の変換周波数、出力フィルターの構造とパラメーター。抑制したいのは、スイッチング電源の変換周波数、出力フィルタの構造とパラメータからも始まります。出力高周波フィルタを増やすか、多段フィルタリングを使用すると、リップルをより抑えることができます。スイッチング電源の動作周波数から始めて、スイッチング電源の動作周波数を上げて電流を減らすことにより、リップル周波数を上げることができます。インダクタの変動。
 
寄生容量と寄生インダクタンスが存在する場所はたくさんあります。電源装置と変圧器の間の寄生容量、ワイヤの寄生インダクタンス、および寄生によって引き起こされるコモンモードリップルノイズは、特別に設計されたEMIフィルタによって除去(抑制)する必要があります。逆回復性能が優れていることも有用です。
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(ST)
スイッチングプロセス中にパワーデバイスによって生成される超高周波共振ノイズは、接合容量に関連するだけでなく、トランスのリークインダクタンスおよびスイッチング電源の分配パラメータにも密接に関連するため、より複雑です。合理的なPCBレイアウトは、回路システム全体の安定性をいつでも高めることができます。これは、このようなリップルを解決する際の重要な原則です。
 
超高周波共振ノイズを抑える主な方向は、分布容量の低減です。具体的には、シールド基板を使用することでスイッチチューブとヒートシンク間の分布容量を低減したり、改良により巻線を極力低減することができます。巻線プロセスと構造。間の分散容量。ダイオードとスイッチの選択も非常に重要です。スイッチの接合容量はノイズレベルに直接影響します。超高周波共振ノイズを可能な限り低減できるソフトリカバリー特性のダイオードを選択するのが最適です。 。
 
さらに、温度変化によりデバイスのパラメータが変化し、リップルに影響を与えるため、注意が必要です。
 
スイッチング電源のEMI損傷
 
EMIはどの電子システムにも存在します。スイッチング電源では、トランジスタとダイオードのスイッチングプロセス中に、立ち上がり時間と立ち下がり時間の間に電流が大きく変化し、無線周波数エネルギーを生成して干渉源を形成しやすくなります。 。スイッチングチューブ、ダイオード、高周波トランスなどの部品では、干渉源が非常に発生しやすく、スイッチング電源のEMI信号は広い周波数範囲を占め、一定の振幅を持っています。
 
常にEMIの抑制に努めており、EMIを抑制する技術は数多くありますが、スイッチング電源のEMI制御に一般的に使用されているフィルタリング技術、シールド技術、シーリング技術、接地技術は比較的一般的です。スイッチングチューブとダイオードのスイッチングプロセスでは、トランスのリークインダクタンスとラインインダクタンスが存在するため、ピーク電圧が発生しやすくなります。通常、この場合の方法は、RC/RCD吸収ループを使用することです。スイッチング波形を大幅に改善します。
 
電源スイッチのオン/オフ時にdu/dtを減らすことは、スイッチング電源の干渉を抑えるための重要な部分です。スイッチング回路に基づいて、小さなインダクタンス、容量、およびその他の共振要素を追加すると、ソフトスイッチング回路を形成できます。ソフトスイッチング回路は、スイッチングプロセスの前後に共振を導入します。これにより、電圧と電流のオーバーラップ現象を排除し、スイッチング損失と干渉を大幅に低減できます。