どのタイミングでノイズが出ているか（OFF時かON時か）SMPS｜用語集

スイッチング電源,SMPS (Switched-Mode Power Supply)において、ノイズが発生するタイミングを特定することは、対策（スナバーの調整やレイアウト変更）の方向性を決める極めて重要なステップです。

主に「ターンオン（ONになる瞬間）」と「ターンオフ（OFFになる瞬間）」では、ノイズの発生原因と現れ方が異なります。

1. ターンオフ（OFF時）のノイズ

スイッチング素子が遮断される瞬間のノイズです。多くの場合、こちらの方がエネルギーが大きく問題になりやすい傾向があります。

原因: 回路の寄生インダクタンス（配線やトランスの漏れインダクタンス）に蓄えられたエネルギーが、行き場を失って急激な電圧スパイク V = L ・ (di/dt) を発生させるためです。
波形の特徴: スイッチング直後に大きな電圧の跳ね上がり（サージ）が見られ、その後に減衰振動（リンギング）が続きます。
主な対策:
- CRスナバー / RCDスナバー: 電圧スパイクをクランプし、リンギングを抑制します。
- ゲート抵抗の調整: オフ側のゲート抵抗を大きくして、遮断速度をわずかに遅くする（di/dt を小さくする）ことで、サージ自体を抑制します。

2. ターンオン（ON時）のノイズ

スイッチング素子が導通する瞬間のノイズです。

原因:
1. ダイオードの逆回復電流 (trr): 出力側の整流ダイオードが完全にオフになるまでの間、一瞬だけ逆方向に電流が流れます。これが大きな電流スパイクとなり、ノイズを誘発します。
2. 寄生容量の放電: スイッチ素子の寄生容量（Coss）に蓄えられていた電荷が、ONした瞬間にスイッチを介して一気に接地（GND）へ放電されます。
波形の特徴: 電流波形に鋭いスパイクが見られます。また、放射ノイズとして高い周波数成分（数百MHz帯）に出やすいのが特徴です。
主な対策:
- 高速リカバリダイオード (FRD) / SBDへの変更: trr の短い部品を選定します。
- ゲート抵抗の調整: オン側のゲート抵抗を大きくして、立ち上がりをなだらかにします。

3. どちらのタイミングかを見極める方法

実機評価において、オシロスコープで以下の点を確認します。

① トリガーと拡大

スイッチングの立ち上がり（ON）と立ち下がり（OFF）をそれぞれ拡大し、どちらのタイミングで激しいリンギングやオーバーシュートが発生しているかを確認します。

② 電圧 vs 電流

電圧 (VDS) に大きなスパイクが出ていれば、主に OFF時 のインダクタンス成分が原因です。
電流 (ID) に鋭いスパイクが出ていれば、主に ON時 のダイオードのリカバリや容量放電が原因です。

③ 周波数解析（FFT）

数MHz〜数十MHz: トランスや配線の L と C によるリンギング（主にOFF時）。
100MHz以上: ダイオードのリカバリや、極めて小さな寄生インダクタンスによる微細な共振（主にON時）。

エンジニアの実務的なアドバイス

iNARTEなどのEMC対策や現場のデバッグでは、「ノイズの周波数」から逆算する手法も有効です。

例えば、放射エミッション試験で特定の高い周波数がNGな場合、それはON時のダイオードのリカバリ特性に起因していることが多いため、スナバーをいじるよりもダイオードをより高速なもの（またはSiC-SBDなど）に変える方が劇的に改善することがあります。

現在のデバッグで、特定の周波数帯のノイズに苦戦されている、あるいは特定の波形挙動が見られるといった状況はありますか？

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高電圧半導体CV特性測定器 TECHMIZE TH51Xシリーズ

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周波数範囲: 1kHzから2MHzの範囲でインピーダンス測定が可能です。（インピーダンス・アナライザ内蔵）
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