電力変換器のPWM/PFM制御と雑音（月刊EMC）

2020.5.11 更新
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電力変換器のPWM/PFM制御と雑音（月刊EMC）

【整流装置の内部回路のブロック構成】

１．電力変換器から発する雑音

　本章では、電力変換器の構造と PWM/PFM 制御、150kHz 以下の雑音の測定法、および測定事例について述べる。

１－１　PWM/PFM 制御と雑音

　電力変換器は内部回路において、意図した電圧、電流を効率的に出力することを目的に、入出力の電圧、電流を常時検知し、その結果から励振回路で生成するパルス波形を用いたゲート・ソース間電圧によりパワー半導体デバイスのオン・オフ時間を制御 する。代表的な電力変換器の一種である整流装置の内部回路のブロック構成を示す。整流装置内部では、受信した AC 電圧を整流回路により DCに変換し、パワー半導体を含むインバータ回路により、AC に変換し、さらにそれを二段目の整流回路により DC に変換して出力する。その出力電圧・電流値を制御回路にフィードバックし、その結果により励振回路を制御する。このときの制御方式として、パルスの周期は一定のまま、パルスのデューティ比を変更し、スイッチオン時間を短くする PWM 方式と、スイッチのオン時間を一定のままオフ時間を延長し、パルスの周期（周波数）を変調する PFM 方式の二つの方式が存在する。本方式は同時に適用される場合が多く、定格に近い負荷率の場合は PWM 制御、そうでない場合は PFM 制御が、出力電圧・電流値をフィードバックすることで自動的に選択される。

　PWM/PFM 制御と雑音の関係を検証するための回路シミュレーションモデルであり、PWM/PFM 制御の整流装置とその一次側の電圧源、二次側の測定補助装置として用いる擬似電源回路網（Artificial Mains Network: AMN）、負荷により構成される。本構成は、 CISPR16 で規格化されている測定方法を参考に、AMN により測定した雑音を評価するため、実測結果との整合性の高いシミュレーションを可能とする。整流装置の変換方式は、降圧型コンバータとして典型的な、トランスを有するフライバック方式とした。。EUT のパラメータは、スイッチング周波数を 100 kHz、 デューティ比を50% で AC 280 V を DC 48 に変換するよう設計し、このときの定格電力を 230 W（RL = 10 Ω）とした。また、スイッチング素子として用いた MOSFET へのゲート・ソース間電圧の制御を、PWM および PFM の 2パターンとし、PWM および PFM の制御方式のそれぞれの動作時において、測定システムの RM で発生する一線大地モードの雑音を評価する。またこのとき、両パターンとも、シミュレーションの総時間を 0.1 s、サンプリング間隔を 0.1 µs とした。

続きは『月刊EMC No.385』にて


【月刊EMC No.385 目次情報】

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＜実践講座＞
・回路網を用いた広帯域PLCの信号伝送特性と漏洩電磁界特性の解析④
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・EMC測定・試験のポイント－1.今更、人に聞けないEMC用語解説
　エミッション測定関連用語⑧
　APD測定
　（PFU テクノコンサル（株）　千代島敏夫）
・医療におけるワイヤレスの導入と電磁環境⑤
　医療におけるこれからの無線通信利用
　我が国での医療機器への無線通信機能導入と米国における状況
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