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モバイルバッテリとLCフィルタ

モバイルバッテリからの出力に乗っているノイズ(リプル)をLCフィルタで落とす実験。

【補足】この記事は測定をやり直して書き直した。書き直したことの説明はこちらの記事。

以下が書直し済みの記事。

回路

至ってシンプル。単純なLCフィルタ。

R(100kΩ)とLEDは通電確認用。

MNHA05(ヘッドフォンアンプ)内部のフィルタと同じ(今さらながら、後追いの確認実験)。MNHA05では、Cは1,000μFだけど、ここでは半分の470μFで実験してみる。

測定

適当な試作基板の余りを使って実施。

負荷抵抗の値をいくつか変えて測定する。

  • 無負荷
  • 120Ω(約40mA)
  • 51Ω(約100mA)
  • 24Ω(約200mA)

また、Lも220μHだけでなく、22μHも試してみる。ついでに、チップインダクタでも。

Cは470μF固定(原則)。一般仕様の470μF 25V 105℃品(ルビコン PX)。

チップインダクタ + 470μF

最初にLはチップインダクタで。村田のBLM21PG331SN。DCR(直流抵抗)は0.07Ω。

無負荷

無負荷と言っても、上に書いたようにR(100kΩ)とLEDがぶら下がっている。

CH1(上)が入力、CH2(下)が出力。リプルは消えていると言って良さそう。

120Ω

負荷に120Ωの抵抗。CH2の電圧は約5.2V。ということは43mA流れていることになる。

出力は少しうねっているように見える。

51Ω

負荷に51Ωの抵抗。出力電圧は約5.0Vで、電流は98mA。

出力のうねりが大きくなってきたように見える。

24Ω

負荷に24Ωの抵抗。出力電圧は少しドロップして4.9V。電流は204mA。

無負荷時の出力電圧は約5.2Vだったので、0.3Vほど降下が大きくなった。これはおそらく、モバイルバッテリの内部抵抗やUSBケーブルが持つ抵抗によるものだろう。

それから出力電圧のうねりはさらに大きくなった。このチップインダクタでは不十分ということだろう。

22μH + 470μF

LはSHOU HANのCY43-22UH。DCRは0.27Ω。

無負荷

出力はきれい。

120Ω

51Ω

24Ω

出力電圧は4.9V。チップインダクタのときも4.9Vだったが、細かい数字を言えば、チップインダクタでは4.929V、こちらは4.877V。その差は0.052V。この数字がどこまで信頼できるかはわからないが、DCRはチップインダクタが0.07Ω、こちらの22μFが0.27Ωなので、差は0.2Ω。電流値の204mAをかけると、0.04V。この数字を見れば、こちらの方が電圧降下が0.052V大きいのは、それなりに正しそう。

470μF追加

試しにCをもう一つ、同じ470μFをパラってみた。ま、変らない。

220μH + 470μF

LはMetalLionsのMSCD43-221KT。DCRは2.26Ω。

無負荷

120Ω

LのDCRが大きいので、さすがに電圧降下が大きい。42mAほど流れた状態で、無負荷時と比べて0.2V近く下がっている。

51Ω

24Ω

出力電圧は4.50Vまで下がった。無負荷時は5.21Vだったので、0.71Vほど降下したことになる。ここまで下がるとちょっと厳しい。

このLのDCRは2.26Ωなので、188mA(=4.50V/24Ω)流したときの電圧降下は約0.42V。チップインダクタの場合は無負荷時と24Ωのときとで0.3V降下していたので、それと合わせれば約0.7Vとなり、計算は合う。

まとめ

今回の実験の範囲では、22μH(+470μF)でも、かなりリプルは落とせる。220μHの方はより落とせている気もするけど、大きな違いはない(22μHで充分)。逆に、もっと小さくてもいいのかもしれないし、Cも小さくしてもいいのかもしれない。興味はあるけど、そこまでやる気力がない…。

リプル量の違いよりも、Lの持つDCRによる電圧降下のほうが影響が大きそう(MNHA05ではせいぜい数十mAなので電圧降下は気になるほどではない)。

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