車載バッテリを安定化し過渡波形も除去できるアクティブフィルタの実装方法

オルタネータで発生するサイン波リップル電圧について

適用可能なAF(可聴周波数)範囲内の、接触過渡波形に対するイミュニティも重要な要件の1つです。この原因の1つに、車載オルタネータの出力に発生する残留AC電流があります。オルタネータのステータ巻線は、基本的には高インピーダンス出力の三相サイン波の電流源であり、ダイオードによる全波整流器に接続されています。この整流機能によって、重複した電流パルスが発生し、そのリップルは三相信号によって決まります。表1に示すようにISO 16750-2 section 4.4の規定では、オルタネータ出力に発生する電圧リップルを、テスト・パルスの重大レベルに応じて50Hz～25kHzの周波数範囲で、振幅UPPは1V、2V、4Vp-pと定めています(図3)。

最大限のPSRRが可能

DC/DCコンバータのPSRRは、ループ帯域幅に関連し、影響を受け、昇圧モードの場合に発生するRPHZ(right-half-plane zero:右半面ゼロ)周波数に依存して、通常、スイッチング周波数の20%か、それ以下に制限されます。TIの「LM5175-Q1」のようなコントローラ製品では、入力電圧V_INと出力電圧V_OUTの電位差を元にPSRRを向上するとともに、入力電圧の過渡波形を除去するよう設計された適応スロープ補償付きの電流制御手法のおかげで、PSRR性能は入力電圧V_INや負荷変化の影響をまったく受けていません。

図1のCSLOPEで決定されるスロープ補償の設定は、旧来の理想化されたデッドビート応答(オーバーシュートやアンダーシュートなしの応答)のために、バレー電流モードの降圧動作ではインダクタのアップスロープと等倍に、またピーク電流モードの昇圧動作ではインダクタのダウンスロープと等倍に選択されています。

適用可能なインダクタのスロープの半分の設定でも、理論的には最適な入力電圧変動の除去が可能ですが、この場合にはループ安定のためのスロープ補償が最小限になります。図4に、シミュレーションによって得られた入力電圧9V時と16V時のコンバータのオープン・ループ・ゲインと位相のプロットを示します。また図5に、対応するPSRR性能を示します。