電源のリップルとノイズ とは、電源のDC出力に存在する不要な電圧変動のことです。リップルは一般に、電力変換によって生じる周期的な電圧変動を指し、ノイズは不規則またはより高周波の外乱を表します。どちらも意図されたDC電圧の上に現れることがあります。例えば、12V電源は平均出力が12V近くに維持されていても、ミリボルト単位の小さな電圧変動を生じることがあります。リップルとノイズを理解することで、安定した公称電圧が必ずしも完全に滑らかなDC出力を意味するわけではない理由が説明できます。
電源リップルとは何か？
理想的には、DC電源は変動のない一定電圧を生成します。実際には、電力の変換と安定化に伴って小さな変動が生じます。
出力リップルは、DC出力上に残る繰り返し性のあるAC成分です。
AC-DC電源では、整流とフィルタリングによって交流入力電圧がDCに変換されます。このプロセスの後にも、周期的な変動が残ることがあります。
スイッチング電源は、その高周波スイッチング動作によってもリップルを発生します。エネルギーは繰り返しのスイッチングサイクルで伝達され、出力フィルタリング部品は結果として生じる電圧変動を低減しますが、必ずしも完全に除去するわけではありません。
このリップルは通常、定格出力電圧よりもはるかに小さいですが、特定の電子機器にとっては依然として重要となる場合があります。
リップルとノイズの違いは何か？
メーカーはしばしば両方の用語を1つの仕様にまとめていますが、リップルとノイズはまったく同じではありません。
| 特性 | リップル | ノイズ |
|---|---|---|
| 一般的な挙動 | 繰り返し性または周期性がある | 不規則、ランダム、または過渡的 |
| 一般的な発生源 | 整流およびスイッチングサイクル | スイッチングスパイク、部品ノイズ、干渉 |
| 周波数特性 | 多くの場合、ライン周波数またはスイッチング周波数に関連 | 広い周波数範囲に及ぶことがある |
| 外観 | 繰り返し波形 | 不規則な変動または鋭いスパイク |
リップルは一般に識別可能な繰り返しパターンを持ちますが、ノイズはより予測困難な場合があります。
ただし、その区別は必ずしも完全に明確ではありません。例えば、スイッチングスパイクは周期的に発生することがありますが、電源仕様では高周波ノイズに分類される場合があります。
このため、多くのデータシートでは両方を別々に報告するのではなく、複合用語 “「リップルおよびノイズ」” を使用しています。
リップルおよびノイズ仕様におけるmVp-pとは何を意味するのか？
電源のリップルとノイズは、一般に ミリボルト尖頭間値（mVp-p）.
で規定されます。尖頭間電圧とは、測定された電圧波形の最高点と最低点の差です。
例えば、12V電源が測定中に11.95Vから12.05Vの間で変動する波形を生成するとします。
尖頭間変動は次のとおりです：
12.05V − 11.95V = 0.10V = 100mVp-p
これは、測定電圧が最低点から最高点まで100mV変動することを意味します。
電源が継続的に100mVを出力しているという意味でも、公称電圧が100mV誤っているという意味でもありません。
また、100mVp-pという仕様は、出力が正確に12Vを中心として±50mVで対称に変動することを必ずしも意味するものではありません。
許容されるDC電圧偏差についての別途の説明については、次を参照してください。 出力電圧公差.
電源はなぜリップルとノイズを発生するのか？
不要な出力電圧変動には、いくつかの要因が寄与します。
1. AC-DC変換
交流電圧が整流された後、得られる波形を平滑化するためにフィルタリングが必要です。不完全なフィルタリングは、入力ライン周波数に関連する周期的なリップルを残す可能性があります。
2. 高周波スイッチング
スイッチモード電源は、電子スイッチを繰り返しオンおよびオフします。このプロセスは周期的なリップルを生じさせ、高周波スイッチング外乱をもたらす場合があります。
3. フィルタリング部品
コンデンサ、インダクタ、およびそれらの電気的特性は、不要な変動がどれだけ効果的に低減されるかに影響します。それらの設計と品質は、結果として得られる出力波形に影響します。
4. 電気的干渉
近接回路、配線配置、および電磁干渉は、出力または測定経路に追加の不要信号を導入する可能性があります。
これらの影響は電源設計における通常の考慮事項です。その存在は製品の欠陥を自動的に示すものではありません。
リップルとノイズは電子機器にどのような影響を与える可能性がありますか？
その影響は、接続されたデバイスの感度、および不要な電圧成分の周波数と大きさに大きく依存します。
例えば：
- オーディオ機器： 電源の妨害は、可聴ハムや不要な音の原因となる場合があります。
- 敏感なセンサー： ノイズは小さな測定信号に干渉する可能性があります。
- アナログ回路： リップルとノイズは信号の精度や性能を低下させる場合があります。
- デジタル電子機器： 過度な電源妨害は、動作の信頼性低下の原因となる場合があります。
すべての電子機器が極めて低いリップルを必要とするわけではありません。多くの製品には内部フィルタリングや電圧調整が組み込まれており、外部電源からの妨害の影響を軽減しています。
重要なのは、電源のリップルとノイズがデバイスの許容限界内に収まっているかどうかです。
リップルとノイズはどのように測定されますか？
リップルとノイズは一般にオシロスコープで評価され、時間経過に対する電圧変動が表示されます。
ただし、報告される値は、測定帯域幅、プローブの接続方法、測定場所、および負荷条件によって変動する場合があります。
例えば、より広い測定帯域幅では、より狭い帯域幅設定では除外される追加の高周波成分が含まれる場合があります。
そのため、公表されているリップル値が異なる2つの電源を常に直接比較できるとは限りません。
リップル仕様と測定条件に関する当社のガイドでは、これらの試験の詳細がデータシートの比較にどのように影響するかを説明しています。
最終的なまとめ
リップルとノイズは、電源のDC出力に重畳される不要なAC電圧変動です。リップルは一般に周期的であり、ノイズには不規則な妨害や高周波成分が含まれます。
重要な問題は、リップルとノイズが存在するかどうかではなく、その大きさと周波数特性が接続されたデバイスにとって許容可能かどうかです。
