絶縁DCDCコンバータのノイズ対策

概要

ソフトウェアが正しく動くためには健全なハードウェアが必要である。
時に、電源ノイズにより誤作動を引き起こすこともあるため、ソフトウェアデバッグの知識として必要になる場合もある。

ここでは、有名は絶縁DCDCコンバータ MINMAX MAU103 でのノイズ対策対処の実測を載せてみる。

出展元:

計測条件

• ノイズを計測用の基板を作成し実施。

• 負荷は 100Ω抵抗 (9v 出力のため、90mAの負荷になる)

• 出力部からBNCケーブルを引き出し、直接オシロスコープへ入力 (x1 動作)

• 治具の様子
  

• 回路図

※回路図は全パーツを載せた状態で書いています。実験では、インダクタ(L1)やコモンモードフィルタ(FL1, FL2)は0Ω抵抗でバイパス、他パーツは未実装の状態からパーツを追加実装していき特性変化を計測します。

使用するパーツ

• 絶縁DCDC コンバータ MINMAX MAU103

  • https://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-12176/

• 100uF 電解コンデンサ

  • https://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-06855/

• 10uF 積層セラミックコンデンサ

  • https://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-16113/

• コモンモードノイズフィルタ

  • https://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-15303/

問題波形の拡大図

約120MHz となっている模様。

対策結果

(1) 何もなし(負荷のみ接続) : 238.00 mV

(2) 100uF のみ : 82.40 mV

(3-a) 100uF + 10uF x4 : 87.20 mV

(3-b) 100uF + C3に1000pF : 15.20 mV

C3~C6 それぞれの位置での効果は以下の通り。
MAU103ではC3の位置がベストという結果に。

実装位置	スパイクノイズ
C3	17.80 mV
C4	32.60 mV
C5	21.40 mV
C6	24.20 mV

(3-c) 100uF + コモンモードフィルタ : 10.80 mV

(4-ab) 100uF + 10uF x4 + C3に1000pF : 8.72 mV

(4-ac) 100uF + 10uF x4 + コモンモードフィルタ : 10.40 mV

(4-bc) 100uF + C3に1000pF + コモンモードフィルタ : 5.24 mV

(5) 100uF + 10uF x4 + C3に1000pF + コモンモードフィルタ : 観測限界以下

※中央のスパイクは環境ノイズ

まとめ

• スペースが許すなら、コモンモードフィルタは入れて設計するべき。スペースがない場合は、C3 を最優先に入力/出力側にMLCC を入れる。当然、今回のヤツを全部入れられるなら入れると良い。
• コモンモードフィルタは、かなり効いた。
• C3, C4, C5, C6 は、C3 での効果が大きかった。最適な箇所は、使用する絶縁DCDCコンバータにより変わるらしい。
• L1のフェライトビーズを入れてみたが、今回の周波数では優位に作用しなかった。