스위칭 전원 공급 장치에서 EMI를 억제하는 방법
이러한 스위칭 전원 공급 장치의 전자기 간섭 억제 기술을 이해하면 절반의 노력으로 두 배의 결과를 얻을 수 있습니다.
전자기 호환성(EMC)은 전자 장비 또는 시스템이 전자기 환경에서 주변 환경에 허용할 수 없는 전자기 교란을 일으키지 않고 정상적으로 작동할 수 있는 능력을 나타냅니다. 여기에는 전자기 간섭(EMI)과 전자기 감도(EMS)의 두 가지 측면이 포함됩니다. EMI는 전기 제품에서 방출되는 간섭을 나타냅니다. EMS는 전자기 간섭에 저항하는 전기 제품의 능력을 나타냅니다. 전자기 호환성이 좋은 장치는 주변 전자기 잡음의 영향을 받지 않아야 하며 주변 환경에 전자기 간섭을 유발해서는 안 됩니다. 전자기 간섭의 세 가지 요소는 간섭 소스, 결합 채널 및 민감한 본체입니다. 스위칭 전원 공급 장치로 인해 발생하는 간섭을 억제하는 것은 전자 시스템의 정상적이고 안정적인 작동을 보장하는 데 매우 중요합니다. 전자기 간섭 억제 기술에는 주로 간섭 에너지 약화, 노이즈 결합 경로 분리 및 약화, 전자기 방해에 대한 장비의 저항성 향상 등이 포함됩니다. 본 글에서는 스위칭 전원장치의 전자파 간섭 원인을 분석하고, 스위칭 전원장치의 전자파 간섭 억제 기술과 설계 방법을 소개한다.
스위칭 전원 공급 장치의 전자기 간섭 발생
스위칭 전원 공급 장치는 일반적으로 전원 주파수 교류를 직류로 정류 한 다음 스위칭 튜브의 제어를 통해 고주파로 변환 한 다음 정류 및 필터링 회로를 통해 출력하여 안정적인 DC 전압을 얻습니다. 전원 주파수 정류 및 필터링은 대용량 커패시터를 사용하여 충전 및 방전하고, 스위칭 튜브는 고주파에서 ON 및 OFF되며, 출력 정류기 다이오드의 역회복은 매우 높은 di/dt 및 du/dt를 생성하여 강한 서지 전류를 형성합니다. 그리고 스위칭 전원 공급 장치에서 전자기 간섭의 가장 기본적인 원인인 피크 전압도 있습니다. 또한, 스위칭 튜브의 구동 파형과 MOSFET의 드레인-소스 파형은 모두 직사각형파 형태에 가까운 주기파입니다. 따라서 그 주파수는 MHz급이며 이러한 고주파 신호는 스위칭 전원 공급 장치의 기본 신호, 특히 제어 회로의 신호에 간섭을 일으키고 전력선, 접지선, 공기 등을 통해 전파됩니다. , 주변 전자 장비 및 통신 시스템에 간섭을 일으켜 정상적인 작동에 영향을 미칠 수 있습니다. 간섭의 원인은 다음과 같습니다.
입력 정류기 회로의 고조파 간섭
스위칭 전원 공급 장치의 입력단은 일반적으로 브리지 정류기와 커패시터 필터 회로를 사용합니다. 정류기 브리지는 맥동 전압이 입력 필터 커패시터의 전압을 초과하고 전류가 주 전원 공급 장치에서 입력되어 필터 커패시터를 충전하는 경우에만 켜질 수 있습니다. 필터 커패시터의 전압이 주 전원 공급 장치의 순간 전압보다 높아지면 정류기가 차단됩니다. 따라서 회로에 입력되는 전류는 펄스화되어 고효율 고조파 전류가 풍부합니다. 이는 정류기 회로의 비선형 특성으로 인해 정류기 브리지의 AC 측 전류가 심하게 왜곡되기 때문입니다.
DC 측의 고조파 차수는 n배입니다. 따라서 정류기 회로 DC 측의 고주파 고조파 전류는 회로에서 전력을 생성하고 회로의 무효 전력을 증가시킬 뿐만 아니라 고주파 고조파가 전송선을 따라 전도 간섭 및 방사 간섭을 유발합니다. .
스위칭 회로로 인한 간섭
스위칭 회로는 스위칭 전원 공급 장치에서 중요한 역할을 하며 간섭의 주요 원인 중 하나이기도 합니다. 스위칭 튜브 부하는 유도성 부하인 고주파 변압기의 1차 코일입니다. 턴온 순간 1차 코일은 큰 돌입 전류를 생성하고 1차 코일 양단에 높은 서지 피크 전압이 나타납니다. 꺼지는 순간 1차 코일의 누설 자속으로 인해 에너지의 일부가 1차 코일에서 흐르지 않습니다. 2차 코일로 전송되는 인덕터에 저장된 에너지의 이 부분은 컬렉터 회로의 커패시턴스와 저항으로 피크가 있는 감쇠 진동을 형성하며, 이는 턴오프 전압에 중첩되어 턴오프 전압을 형성합니다. 스파이크. 스파이크의 진폭이 충분히 높으면 스위치 튜브가 파손될 가능성이 매우 높습니다.
억제 조치전자기 간섭
스위칭 전원 공급 장치에는 공통 모드 간섭과 차동 모드 간섭이라는 두 가지 형태의 전자기 간섭이 있습니다. 앞서 분석한 전자파 간섭원을 결합 경로와 결합하면 EMI 필터, 흡수 회로, 접지 및 차폐 등 여러 측면에서 간섭을 억제할 수 있으며 전자파 간섭을 허용 한도 내로 감쇠할 수 있습니다.스위칭 전원 공급 장치에서 EMI 문제를 효과적으로 억제하기 위해 몇 가지 일반적인 억제 방법을 채택할 수 있습니다.
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필터 설계: 스위칭 전원 공급 장치의 입력 및 출력 끝에 적합한 필터(커패시터 필터, 인덕터 필터, LC 필터 등)를 추가합니다.
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접지선 설계: 올바른 접지선 연결은 시스템의 간섭 방지 기능을 향상시킵니다.
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차폐 설계 : 차폐재를 사용하여 주요 부품을 감싸줍니다.
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자성체 사용 : 스위칭 전원 공급 장치의 트랜스포머 및 인덕터 주변에 자성체(페라이트, 니켈-아연 페라이트 등)를 사용합니다.
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스펙트럼 분석 및 최적화: 스펙트럼 분석을 통해 스위칭 전원 공급 장치에서 생성되는 주요 주파수 및 고조파 성분을 이해하고, 회로 설계를 목표에 맞게 최적화하며, 특정 주파수 대역에서 EMI 레벨을 줄일 수 있습니다.
AC 입력EMI 필터
필터링은 전도성 간섭을 억제하는 방법입니다. 필터를 전원 공급 장치의 입력 끝에 연결하면 전원 공급 장치 자체에 해를 끼치는 전력망의 노이즈를 억제할 수 있습니다. 또한 스위칭 전원 공급 장치에서 생성되어 전력망으로 피드백되는 간섭을 억제할 수 있습니다. 전력선의 전도성 간섭을 억제하는 중요한 장치로서 전력 필터는 장비 또는 시스템의 전자파 적합성 설계에서 매우 중요한 역할을 합니다. 전력 수신단은 일반적으로 그림 1에 표시된 EMI 필터 회로를 사용합니다. 이 회로는 AC 전원 공급 장치의 입력단에서 저주파 차동 모드 방해 및 고주파 공통 모드 방해를 효과적으로 억제할 수 있습니다. 회로에서는 차동 모드 커패시터 Cx1, Cx2(라고도 함. 중간 연결이 접지에 연결된 공통 모드 커패시터 Cy1 및 Cy2(Y 커패시터라고도 함)를 사용하여 공통 모드 노이즈 전류를 단락시키고, 값 범위는 일반적으로 C1=C2 # 2 200pF입니다. 억제 인덕터 L1 및 L2는 일반적으로 100~130H입니다. 공통 모드 초크 L은 동일한 방향으로 자기 코어에 감긴 두 개의 동일한 코일로 구성됩니다. 일반적으로 부하 전류가 커먼 모드 초크를 통해 흐를 때 활선에 직렬로 연결된 코일에 의해 생성된 자력선과 직렬로 연결된 코일에 의해 생성된 자력선이 필요합니다. 중성선의 방향은 반대이며 자기 코어에서 서로 상쇄됩니다. 따라서 큰 부하 전류에서도 코어는 포화되지 않습니다. 동일한 방향에 있고 큰 인덕턴스를 나타내므로 공통 모드 간섭 신호가 감쇠됩니다.
스위칭 전원 공급 장치의 크기는 점점 작아지고 있으며 전력 밀도는 점점 커지고 있습니다. EMI/EMC 문제는 스위칭 전원 공급 장치의 안정성에 있어 핵심 요소가 되었으며 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 간섭 전송 채널 억제, 공간 분리, 시간 분리, 주파수 관리, 전기 절연 등과 같은 스위칭 전원 공급 장치에 대한 전자파 적합성 제어 전략 및 제어 기술 솔루션이 많이 있습니다. 스위칭 전원 공급 장치 설계에는 다양한 전자기 간섭 억제 기술을 포괄적으로 적용하면 스위칭 전원 공급 장치의 전자기 호환성을 효과적으로 향상하고 다양한 경우의 요구를 진정으로 충족할 수 있습니다.
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