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電源リップルフィルタ

電源EMCフィルタリングのためのLCフィルタ減衰と出力リップル電圧を計算します。

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公式

f₀ = 1/(2π√LC), A = −40·log₁₀(f/f₀) dB

仕組み

伝導エミッションの主な原因は電源スイッチングノイズ (リップル) です。シングルステージ LC ローパス・フィルタでは、コーナー周波数 f= 1/ (2π √LC) を超えると、-40 dB/デケードの減衰が発生します。リップル周波数 f で減衰 A (dB) を達成するために必要なコーナー周波数は f= f/ 10^ (A/40) です。出力リップル電圧は V_out = V_in × 10^ (A/20) です。fをスイッチング周波数のかなり低い (通常は f< f_sw/10) 設計することで、十分な減衰が得られます。f付近のノイズを増幅する共振ピーキングを防ぐために、ダンピング抵抗が必要な場合があります。最適な減衰を実現するには、特性インピーダンス Z= √ (L/C) が負荷インピーダンスとほぼ一致している必要があります。

計算例

問題: 100kHzのスイッチング電源では、100mVの入力リップルが発生します。50 Ω の負荷で L 値と C 値を等しくして、これを 1 mV 未満に低減する LC フィルタを設計してください。
解決策:
1。必要な減衰量: A = 20·log( 100/1) = 40 dB
2.必要周波数: f= 100,000/10^ (40/40) = 100,000/10 = 10 kHz
3.液晶製品: LC = 1/ (2π × 10,000) ² = 1/ (3.948×10) = 2.53×10¹ s²
4.Z= 50 Ωの場合: L/C = 2500; L = √ (2500 × 2.53×10¹) = √ (6.33×10) = 795 μH; C = LC/L = 3.18×10/795×10= 0.4 μF
結果：795μHのインダクタと0.4μFのコンデンサを使用すると、コーナー周波数が10kHzになり、100kHzで40dBの減衰が得られ、リップルが100mVから約1mVに減少します。

実践的なヒント

  • ✓EMIフィルタにはフェライトコアインダクタ（空芯ではない）を選択すると、高周波減衰が改善され、DC電流時のコア飽和リスクが低くなります。
  • ✓単一LC段では不十分な難しいケースでは、パイフィルタ (コンデンサ-インダクタ-コンデンサ) を使用すると−60dB/decadeを達成できます。
  • ✓デカップリング経路における高周波寄生インダクタンスを最小限に抑えるため、出力フィルタコンデンサはインダクタの近くではなく負荷の物理的に近くに配置してください。

よくある間違い

  • ✗電解コンデンサを使用すると、100 kHz以上ではESRが高いため減衰が大幅に減少します。LCフィルタには低ESRのフィルムコンデンサまたはセラミックコンデンサを使用してください。
  • ✗フィルタの共振は無視して、弱減衰のLCフィルタはfのノイズを増幅します。メイン・フィルタ・コンデンサの両端に大きなコンデンサと直列に小さな減衰抵抗を追加します。
  • ✗インダクタのDC抵抗を無視すると、DCRが高いと負荷時に電圧降下が発生します。DCRとインダクタンスのバランスを取り、必要なリップルを減衰させます。

よくある質問

リップルフィルタは、出力DCレールのスイッチング周波数とその高調波を対象としています。AC入力側に伝導性エミッション・フィルタ (ライン・フィルタ) を配置して、電源に逆流するノイズを抑制します。どちらもLCフィルタですが、異なるインピーダンスと周波数範囲に対応するように設計されています。
インダクタは、最大負荷電流とピークリップル電流（適切に設計されたSMPSでは通常、負荷電流の20〜30％）を加えたものを処理する必要があります。定格を低くすると、インダクタンスの飽和と損失が発生し、フィルタリング効果がなくなります。
コンデンサ1個で減衰できるのは−20dB/ディケードだけで、−40dB/ディケードにはなりません。高いスイッチング周波数でリップル要件が厳しい（出力が10mV未満）場合は、通常、LCまたはパイフィルタが必要です。

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