PCB技術 - スイッチング電源干渉が起こる4つの主な原因

一、スイッチング電源干渉分類

パワースイッチング素子の高周波スイッチング動作は電磁干渉（EMI）を発生させる主な原因です。スイッチング周波数の増加は電源の体積と重量を減少させる一方で、より深刻なEMI問題をもたらしています。

スイッチング電源が動作すると、その内部の電圧と電流波形は非常に短い時間で上昇と下降するため、スイッチング電源自体がノイズ発生源となります。スイッチング電源による干渉は、ノイズ干渉源の種類によって分けられ、スパイク干渉と高調波干渉の2種類に分けることができます。結合通路によって分けると、伝導干渉と放射干渉の2種類に分けることができます。電源による干渉が電子系と電力網に危害を及ぼさないようにする根本的な方法は、ノイズ発生源を弱めるか、電源ノイズと電子系、電力網との結合経路を遮断することです。

二、スイッチング電源干渉が起こる4つの主な原因

1、スイッチングチューブの動作時に発生する高調波干渉

パワースイッチ管はオン時に大きなパルス電流を流す。例えば、正励起型、プッシュプル型、ブリッジコンバータの入力電流波形は、抵抗性負荷時には矩形波に近似され、高調波成分が豊富に含まれます。この高調波干渉は、ゼロ電流、ゼロ電圧スイッチを使用すると小さくなります。また、パワースイッチング管はオフ期間中、高周波変圧器の巻線漏れ感による電流の突然変異により、スパイク干渉も発生します。

2、交流入力回路による干渉

無周波変圧器のスイッチング電源入力端子整流管は、逆回復中に高周波減衰振動に干渉を引き起こします。スイッチング電源が発生するスパイク干渉と高調波干渉エネルギーは、スイッチング電源の入出力線を介して伝播されることにより形成される干渉を伝導干渉と呼びます。高調波と寄生振動のエネルギーは、入出力線を介して伝播すると、空間に電場と磁場が発生します。このような電磁放射による干渉を放射干渉と呼びます。

3、ダイオードの逆回復時間による干渉

交流入力電圧はパワーダイオード整流ブリッジを介して正弦波脈動電圧に変わり、容量平滑化を経て直流になるが、容量電流の波形は正弦波ではなくパルス波です。電流波形から分かるように、電流には高調波が含まれています。大量の電流高調波成分が電力網に流入し、電力網に対する高調波汚染を引き起こします。また、電流はパルス波であるため、電源入力力率が低下します。高周波整流回路における整流ダイオードの順方向導通時には大きな順方向電流が流れ、それが逆バイアス電圧を受けてターンオフに移行すると、PN接合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間に電流が逆方向に流れ、キャリアが消滅する逆方向回復電流が急激に減少して大きな電流変化が発生します（di/dt）。

4、その他の原因

部品の寄生パラメータ、原理図の設計は完璧ではなく、プリント配線板（PCB）の引き廻しは通常手動で配置され、非常に自由性があり、PCBの近接場干渉が大きく、しかもプリント基板上の部品の設置、配置及び方位の不合理はEMI干渉を引き起こします。これにより、PCB分布パラメータの抽出と近接場干渉推定の難しさが増します。