스위칭 전원 공급 장치의 EMI 테스트에서 일반적인 문제

현재 전자 제품의 전자파 적합성 문제가 점점 더 주목받고 있습니다. 특히 세계의 선진국은 완전한 전자파 적합성 시스템을 형성했습니다. 동시에 우리나라도 전자기 호환성 체계. 따라서 실현 EMI 테스트 제품의 국제 시장 진출을 위한 여권입니다. LISUN EMI 테스트 시스템 EMI-9KB 완전히 만나다 CISPR15:2018, CISPR16-1, GB17743, FCC, EN55015 과 EN55022.

스위칭 전원 공급 장치의 경우 스위칭 튜브 및 정류관이 고전류 및 고전압 조건에서 작동하기 때문에 외부 세계에 강한 전자기 간섭을 생성하므로 스위칭 전원 공급 장치의 전도 방출 및 전자기 복사 방출이 더 많습니다. 다른 제품보다 어렵습니다. 전자파 적합성을 달성하기 위해서는 전원 공급 장치를 전환하여 발생하는 전자파 간섭의 원리를 명확히 이해하고 있으면 전도 방출 수준과 복사 방출 수준을 적절한 수준으로 낮추어 전자파 적합성을 달성할 수 있는 적절한 대책을 찾는 것이 어렵지 않습니다. 설계.

스위칭 전원 공급 장치에서 전자파 간섭의 발생 메커니즘 및 전파 방식
전원 스위칭 장치의 높은 스위칭 동작은 다음의 주요 원인입니다. 전자기 간섭 (EMI) 스위칭 전원 공급 장치에서. 스위칭 주파수의 증가는 한편으로 전원 공급 장치의 크기와 무게를 감소시키고 더 심각한 문제로 이어집니다. EMI 반면에 문제. 전자기 간섭 스위칭 전원 공급 장치는 두 가지 유형으로 나뉩니다. 전도성 간섭 과 방사 간섭. 보통 전도성 간섭 더 잘 분석되고 회로 이론과 수학적 지식을 결합하여 전자기 간섭에서 다양한 구성 요소의 특성을 연구할 수 있습니다. 그러나 방사 간섭의 경우 회로의 다양한 간섭 소스의 포괄적인 영향으로 인해 전자기장 이론과도 관련되어 분석하기가 더 어렵습니다. 이 두 간섭의 메커니즘은 아래에 간략하게 소개됩니다. 전도 간섭은 공통 모드(Common Mode-CM) 간섭과 차동 모드(Differential Mode-DM) 간섭으로 나눌 수 있다. 스위칭 전원 공급 장치의 기생 매개변수와 고주파수 켜기 및 끄기로 인해 스위칭 전원 공급 장치는 입력에서 큰 공통 모드 간섭과 차동 모드 간섭을 생성합니다(즉, AC 그리드 측).

공통 모드(CM) 간섭
컨버터가 고주파에서 작동할 때 높은 dv/dt로 인해 변압기 코일 사이와 스위치 튜브와 방열판 사이의 기생 커패시턴스가 여기되어 공통 모드 간섭이 발생합니다.
공통 모드 간섭의 원리에 따라 다음과 같은 억제 방법이 실제 응용 분야에서 자주 사용됩니다.
1. 회로 구성요소의 레이아웃을 최적화하여 기생 및 커플링 커패시턴스를 최소화합니다.
2. 스위치의 켜기 및 끄기 시간을 늦추십시오. 그러나 이것은 고주파 스위칭 전원 공급 장치의 추세와 일치하지 않습니다.
3. 스너버 회로를 적용하여 dv/dt의 변화 속도를 늦춥니다.

차동 모드(DM) 간섭
스위칭 컨버터의 전류는 고주파수에서 스위칭되어 입력 및 출력 필터 커패시터에 높은 di/dt가 발생합니다. 즉, 간섭 전압은 필터 커패시터의 등가 인덕턴스 또는 임피던스에 유도됩니다. 이 때 차동 모드 간섭이 발생합니다. 따라서 고품질 필터 커패시터(등가 인덕턴스 또는 임피던스가 매우 낮음)를 선택하면 차동 모드 간섭을 줄일 수 있습니다.

방사 간섭의 생성 및 전파
방사선 간섭 근거리 장해(측정점과 장원 사이의 거리 <λ/6(λ는 간섭 전자기파의 파장))와 원거리장 간섭(측정점과 장원 사이의 거리>λ/6)으로 더 나눌 수 있습니다. ). Maxwell의 전자기장 이론에 따르면, 도체의 변화하는 전류는 주변 공간에 변화하는 자기장을 생성하고, 이는 차례로 변화하는 전기장을 생성하며 둘 다 Maxwell의 방정식을 따릅니다. 이 변화하는 전류의 크기와 주파수는 생성된 전자기장의 크기와 범위를 결정합니다. 방사 연구에서 안테나는 전자기 방사의 소스입니다. 스위칭 전원 공급 회로에서 주회로의 구성 요소 및 연결은 안테나로 간주될 수 있으며 이는 전기 쌍극자 및 자기 쌍극자 이론을 적용하여 분석할 수 있습니다. 분석에서 다이오드, 스위칭 튜브, 커패시터 등은 전기 쌍극자로 간주될 수 있습니다. 유도 코일은 자기 쌍극자로 간주 될 수 있으며 관련 전자기장 이론으로 포괄적 인 분석을 수행 할 수 있습니다.

스위칭 전원 공급 장치가 작동 중일 때 내부 전압 및 전류 파형은 매우 짧은 시간에 상승 및 하강합니다. 따라서 스위칭 전원 공급 장치 자체가 노이즈의 원인이 됩니다. 스위칭 전원 공급 장치에서 발생하는 간섭은 노이즈 간섭 소스의 유형에 따라 피크 간섭 및 고조파 간섭의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 결합 경로에 따라 나누면 전도 간섭과 복사 간섭의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 전원에서 발생하는 간섭이 전자계통 및 계통에 해를 끼치는 것을 방지하는 근본적인 방법은 소음원을 약화시키거나 전원소음과 전자계통과 전력망 사이의 결합경로를 차단하는 것이다. .

노이즈 간섭의 원인에 따라 별도로 설명
1.다이오드의 역회복 시간에 의한 간섭
AC 입력 전압은 전원 다이오드 정류기 브리지에 의해 정현파 맥동 전압으로 변환된 후 커패시터에 의해 평활화되어 DC가 되지만 커패시터 전류의 파형은 사인파가 아니라 펄스파입니다. 전류 파형에서 전류에 더 높은 고조파가 포함되어 있음을 알 수 있습니다. 많은 양의 전류 고조파 성분이 전력망으로 흘러들어 전력망에 고조파 오염을 일으킵니다. 또한 전류가 맥파이므로 전원의 입력 역률이 감소합니다. 고주파 정류기 회로의 정류 다이오드가 순방향이면 큰 순방향 전류가 흐릅니다. 역 바이어스 전압에 의해 꺼지면 PN 접합에 더 많은 캐리어가 축적되어 전류 운반 캐리어가 사라지기 전에 일정 시간 동안 전류가 반대 방향으로 흐르게되어 날카로운 캐리어 소멸의 역회복 전류 감소 및 큰 전류 변화(di/dt).

2. 스위치 튜브 작동시 발생하는 고조파 간섭
전원 스위치 튜브를 켜면 큰 펄스 전류가 흐릅니다. 예를 들어, 순방향형, 푸시풀형, 브리지형 컨버터의 입력 전류 파형은 고차 고조파 성분이 풍부한 저항성 부하 시 거의 구형파입니다. 제로 전류, 제로 전압 스위칭이 사용되면 이 고조파 간섭이 최소화됩니다. 또한 전원 스위치 튜브의 오프 기간 동안 고주파 변압기 권선의 누설 인덕턴스로 인한 전류의 급격한 변화도 피크 간섭을 생성합니다.

3. AC 입력 회로에 의한 간섭
전원 주파수 변압기가 없는 스위칭 전원 공급 장치의 입력단에 있는 정류관은 역 회복 기간 동안 고주파 감쇠 발진을 일으켜 간섭을 일으킵니다. 스위칭 전원 공급 장치에서 발생하는 피크 간섭 및 고조파 간섭 에너지, 스위칭 전원 공급 장치의 입력 및 출력 라인을 통해 형성된 간섭을 전도 간섭이라고 합니다. 입력 및 출력 라인을 통해 전파될 때 고조파 및 기생 진동의 에너지는 공간에 있을 것입니다. 전기장과 자기장을 생성합니다. 에 의해 생성된 이 간섭 전자기 방사 방사 간섭이라고 합니다.

4. 다른 이유
구성 요소의 기생 매개변수와 스위칭 전원 공급 장치의 개략적인 설계가 완벽하지 않습니다. 인쇄 회로 기판(PCB) 배선은 일반적으로 수동으로 배열되며 이는 큰 무작위성을 갖습니다. PCB의 근거리 간섭이 크며 설치 및 부당한 배치 및 방향으로 인해 EMI 간섭. 이것은 PCB 분포 매개변수를 추출하고 근거리장 간섭을 추정하는 데 어려움을 증가시킵니다.

스펙트럼에서 플라이백 아키텍처 노이즈의 반응
• 0.15MHz에서 발생하는 발진은 스위칭 주파수의 3차 고조파에 의해 발생하는 간섭입니다.
• 0.2MHz에서 발생하는 발진은 스위칭 주파수의 4차 고조파와 Mosfet 발진 2(190.5KHz)의 기본파가 중첩되어 발생하는 간섭입니다. 그래서 이 부분이 더 강하다.
• 0.25MHz에서 발생하는 발진은 스위칭 주파수의 5차 고조파에 의해 발생하는 간섭입니다.
• 0.35MHz에서 발생하는 발진은 스위칭 주파수의 7차 고조파에 의해 발생하는 간섭입니다.
• 0.39MHz에서 발생하는 발진은 스위칭 주파수의 8차 고조파와 Mosfet 발진 2(190.5KHz)의 기본파가 중첩되어 발생하는 간섭입니다.
• 1.31MHz에서 발생하는 발진은 다이오드 발진 1(1.31MHz)의 기본파에 의해 발생하는 간섭입니다.
• 3.3MHz에서 발생하는 발진은 MOSFET 발진 1(3.3MHz)의 기본파에 의한 간섭입니다.

스위칭 전원 EMI의 특성
스위칭 상태에서 작동하는 에너지 변환 장치로서 스위칭 전원 공급 장치의 전압 및 전류 변화율이 매우 높고 간섭 강도가 상대적으로 큽니다. 간섭 소스는 주로 전원 스위칭 기간 동안 집중되며 라디에이터와 여기에 연결된 고급 변압기. 회로 간섭 소스의 위치가 비교적 명확합니다. 스위칭 주파수는 높지 않으며 (수십 킬로 헤르츠 및 수 메가 헤르츠) 간섭의 주요 형태는 전도 간섭 및 근거리 간섭입니다. 인쇄 회로 기판(PCB) 트레이스는 일반적으로 수동으로 배선됩니다. 더 큰 무작위성을 가지므로 PCB 분포 매개변수 및 근거리 간섭을 추출하기가 어렵습니다.

스위칭 전원 공급 장치 설계 시 EMI 방지 조치
• 드레인, 컬렉터, 스위치 튜브의 XNUMX차 및 XNUMX차 권선 노드와 같은 노이즈 회로 노드에 대한 PCB 동박의 면적을 최소화합니다.
• 입력 및 출력 터미널을 변압기 와이어 랩, 변압기 코어, 스위치 튜브의 방열판 등과 같은 노이즈 구성 요소로부터 멀리 유지하십시오.
• 노이즈가 있는 구성 요소(예: 비차폐 변압기 와이어 랩, 비차폐 변압기 코어 및 스위치 등)를 인클로저 가장자리에서 멀리 두십시오.
• 변압기가 전기장으로 차폐되지 않은 경우 차폐와 방열판을 변압기에서 멀리 유지하십시오.
• 다음 전류 루프 영역을 최소화합니다. XNUMX차(출력) 정류기, XNUMX차 스위칭 전원 장치, 게이트(베이스) 드라이브 라인, 보조 정류기;
• 게이트(베이스) 드라이브 피드백 루프를 XNUMX차 스위치 회로 또는 보조 정류기 회로와 혼합하지 마십시오.
• 댐핑 저항 값을 조정하고 최적화하여 스위치의 데드 타임 동안 울리는 소리를 내지 않도록 합니다.
• EMI 필터 인덕터 포화 방지;
• XNUMX차 회로의 회전 노드 및 구성 요소를 XNUMX차 회로의 실드나 스위치의 방열판에서 멀리 떨어뜨리십시오.
• XNUMX차 회로 스윙 노드 및 구성 요소 본체를 실드 또는 방열판에서 멀리 유지하십시오.
• 고주파 입력용 EMI 필터를 입력 케이블이나 커넥터 끝 부분에 가깝게 배치합니다.
• 고주파 출력의 EMI 필터를 출력 와이어 터미널 가까이에 두십시오.
• EMI 필터 반대편에 있는 PCB의 동박과 부품 본체 사이에 일정한 거리를 유지하십시오. 보조 코일의 정류기 라인에 일부 저항기를 배치하십시오. 자기 막대 코일과 병렬로 감쇠 저항을 연결합니다. 출력 RF 필터의 양쪽 끝을 병렬로 연결하십시오. 감쇠 저항;
• PCB 설계에 1nF/500V 세라믹 커패시터 또는 일련의 저항기를 넣을 수 있습니다. 이 저항은 변압기의 XNUMX차 정적 종단과 보조 권선에 걸쳐 연결됩니다.
• EMI 필터를 변압기에서 멀리 떨어진 곳에 두십시오. 특히 랩의 끝 부분에서 그러합니다.
• PCB 면적이 충분하면 차폐 권선용 핀과 RC 댐퍼 배치 위치를 PCB에 남길 수 있으며 RC 댐퍼는 차폐 권선의 양쪽 끝에 연결할 수 있습니다.
• 공간이 허용하는 경우 스위칭 전원 FET의 드레인과 게이트 사이에 작은 방사형 리드 커패시터(Miller, 10피코패럿/1kV)를 배치합니다.
• 공간이 허락한다면 DC 출력에 작은 RC 댐퍼를 설치하십시오.
• 주 스위치의 방열판에 AC 소켓을 놓지 마십시오.

방사선의 EMI 대책
30-300MHz 주파수 대역에서 과도한 광대역 잡음
1. 전력선에 디커플링 마그네틱 링(열고 닫을 수 있음)을 추가하여 확인합니다. 개선 사항이 있다면 전력선과 관련이 있음을 의미합니다. 다음과 같은 정류 방법이 사용됩니다. 장치에 통합 필터가 있는 경우 필터의 접지가 올바른지 확인하십시오. 접지선이 가능한 한 짧은지 여부는 좋습니다.

2. 금속 케이스가 있는 필터의 접지는 바람직하게는 케이스와 접지 사이의 넓은 결합 영역을 통해 직접적으로 이루어집니다. 필터의 입력선과 출력선이 가까이 있는지 확인하십시오. X/Y 커패시터의 커패시턴스, 차동 모드 인덕턴스 및 공통 모드 초크 코일의 인덕턴스를 적절하게 조정합니다. Y 커패시터를 조정할 때 안전 문제에 주의하십시오. 매개변수를 변경하면 특정 섹션의 방사가 향상될 수 있지만 다른 주파수 변경이 발생합니다. 가난하므로 최상의 조합을 찾기 위해 계속 노력해야 합니다. 트리거 전극의 저항 값을 적절하게 높이는 좋은 방법입니다. 작은 커패시터를 스위칭 트랜지스터의 컬렉터(또는 MOS 트랜지스터의 드레인)에 연결하거나 보조 출력 정류기를 접지 공통 모드 스위칭 잡음에 연결하여 효과적으로 줄일 수도 있습니다.

3. 스위칭 전원 공급 장치 보드는 PCB 배선 중 각 루프의 리턴 영역을 제어해야 하므로 차동 모드 복사를 크게 줄일 수 있습니다. 전력 디커플링을 위해 PCB 전력 트레이스에 104/103 커패시터를 추가합니다. 다층 기판을 배선할 때 전원 평면과 접지 평면은 서로 가까이 있어야 합니다. 나중에 단일 보드에 추가할 수 있는 비교 및 ​​검증을 위해 전력선에 자기 링을 설정합니다. 이를 위해 공통 모드 인덕터가 사용되거나 케이블에 자기 링이 주입됩니다. 입력 AC 라인의 L 라인 길이는 가능한 한 짧아야 합니다. 차폐 장비 내부, 구멍 근처에 간섭원이 있는지 여부; 구조 부품의 랩 조인트에 절연 도료가 분사되었는지 여부를 비교 테스트를 위해 에머리 천으로 절연 도료를 닦아냅니다. 접지 나사에 절연 도료가 도포되어 있는지, 접지 상태가 양호한지 확인하십시오.

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