パワーエレクトロニクス・ワールド

第7回 スイッチング電源のノイズ対策

過去の記事を整理・一部リライトして再掲載したものです。 古い技術情報や、 現在、TDKで扱っていない製品情報なども含まれています。

従来のリニア電源にかわり、電子機器の電源の主流となったのがスイッチング電源。小型・軽量・高効率というすぐれた特長をもちますが、スイッチング電源ならではのやっかいな弱点もあります。半導体素子により電流を高速ON/OFFする方式であるため、高周波のノイズを発生することです。スイッチング電源の技術史は高効率化のための熱との闘いとともに、ノイズとの闘いでもありました。スイッチング電源には多種多様なノイズ対策が投入されています。

EMC対策の4手法(反射、吸収、バイパス、シールド)を駆使したスイッチング電源

電子機器のノイズ対策のことをEMC対策ともいいます。ノイズ問題にはEMI(電磁妨害=エミッション問題)とEMS(電磁妨害感受性=イミュニティ問題)があり、この双方を両立させる考え方をEMC(電磁的両立性)といいます。つまり、「他のシステムにノイズ障害を与えず(EMI)」「他のシステムや自らが出すノイズの影響を受けず(EMS)」というのがEMCです。
スイッチング電源はEMC対策の基礎や応用を知るうえで格好の機器です。というのも、スイッチング電源は他のシステムからの伝導ノイズの入口であるとともに、負荷側(IC回路など)にノイズを送り出す出口となっているからです。また、スイッチング電源は自らがノイズ発生源にもなっています。このノイズは“伝導ノイズ”とし電源ライン上に流れるだけでなく、“放射ノイズ(有害電磁波)”となって、自らや他の電子機器に悪影響を及ぼします。EMC対策なしにスイッチング電源は使い物にならないといって過言ではありません。
EMC対策には、(1)反射(LCフィルタなどでノイズ成分の伝導を阻止)(2)吸収(フェライトコア、チップビーズなどでノイズを吸収して熱に変換)(3)バイパス(コンデンサやバリスタなどでノイズをグランドに流し去る)(4)シールド(放射ノイズを金属ケースでグランドに流したり、フェライトなどの電波吸収材で吸収して除去する)という4つの手法があります。
AC-DCスイッチング電源を例に、パワーエレクトロニクス機器のEMC対策を考えてみます。AC-DCスイッチング電源は、商用交流を整流・平滑してからDC-DCコンバータにより一定電圧の安定した直流に変換して出力する装置です。入力側・機器本体・出力側それぞれにEMC対策がほどこされます。
まずは入力側です。商用交流は電力供給ラインであるとともに、雷サージや他の電気・電子機器からの高周波ノイズやパルス性ノイズなど、さまざまな伝導ノイズの入口になっています。そこで、こうしたノイズの侵入を阻止するため、入力側には電源用EMCフィルタ(ラインフィルタ)が接続されます。電源用EMCフィルタは機器内部で発生して外部に流出するバックノイズ(帰還ノイズ)を抑制する役割も果たします。

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