Switching 전원의 EMI 대책기술
저자 : IDEC IZUMI Co. / Sumiaki Hinamoto
제공 : www.emcinfo.net
1. 고조파전류 규제의 배경
개인의 생활환경중에 전자기기는 생활에 절대적인 존재로 되어 있다. 이러한 전자기기의 전원회로에는 콘덴서 인버터형 정류회로를 이용하는 경우가 많다. 또한 조명기기 및 모터을 이용하는 기기에는 위상제어회로가 이용되고 있으며, 이러한 기기의 입력전류파형은 정현파와는 다른 왜형파를 가지게 되는데 이러한 왜형파에 의해서 고주파전류가 발생된다.
요즘과 같이 전자기기가 많이 사용되는 환경에서는 이러한 고주파전류는 무시할 수 없으며, 전력설비의 장해 및 주변기기의 오동작등의 문제를 발생 시키고 있다.
따라서, 이러한 고주파전류의 규제에 대응한 Switching 전원의 EMI 대책기술에 대해서 기술하고자 한다.
2. EMI 규격
EMI의 대표적인 규격은 CISPR규격으로서, CISPR규격은 국제적으로 제정되며, 그 자체가 강제규제 규격은 아니지만 세계각국에서 이를 자국의 국가규격으로 채택하여 적용하고 있다.
유럽에서는 EN규격, 일본에서는 VCCI규격이 CISPR규격을 기본으로 채택하여 규제를 하고 있다.
CISPR규격의 주요 Publision는 다음과 같다.
Pub.11 : 산업, 과학 및 의료(ISM)용 기기에 관한 전자파방해특성의 한도치 및 측정방법
Pub.13 : Audio 및 TV 방송수신기 및 관련기기의 무선방해특성의 한도치 및 측정방법
Pub.15 : 전기조명 및 유사기기의 무선방해특성의 한도치 및 측정방법
Pub.22 : 정보기술기기 및 무선방해특성의 한도치 및 측정방법
이러한 규격을 기본으로한 EN규격에는 EN550**(**에는 Pub의 번호가 들어간다)으로 되도록 정해져 있다.
또한, 이러한 규격에는 AC Line으로 유기되는 Noise를 규제하는 잡음단자전압과 자유공간으로 방사되는 Noise를 규제하는 잡음전계강도가 있다.
과거에는 Switching 전원에 대해서는 대부분 잡음단자전압만을 규정하였는데 유럽의 EMC 지침에서는 잡음전계강도도 규정하고 있다.
3. Switching 전원에 대한 EMI 대책의 사례
3-1. 잡음단자전압
Switching전원의 고조파전류에 의한 잡음단자전압의 대책기술은 종래의 대책기술의 연장선상에 있으며, 잡음단자전압의 대책은 과거의 대책방법으로 해결이 가능하다.
대표적인 대책 사례는 다음에 표시되어 있지만, 대책효과는 프린트 기판의 Artwork에 따라 차이가 있을 수 있다.
(1) 150kHz ~ 1MHz 대역의 Noise 대책
1) 입력단의 LC를 크게하고, 또한 Filter의 단수를 증가 시킨다.
2) 입력단자로 부터 Filter까지의 거리를 짧게한다.
3) 입력 Filter부를 Noise 발생원으로 부터 이격 시킨다.
(2) 1 ~ 10MHz대역의 Noise 대책
1) 입력 Filter부를 Noise 발생원으로 부터 이격 시킨다.
2) 입력단자로 부터 Filter까지의 거리를 짧게한다.
3) Y-Capacitor(AC Line과 Shield간의 Capacitor) 용량과 적절한 접속점을 검토한다.
4) 출력 및 Shield(FG)간의 Capacitor 용량과 적절한 접속점을 검토한다.
(3) 10 ~ 30MHz대역의 Noise대책
1) Y-Capacitor의 용량과 적절한 접속점을 검토한다.
2) 출력 및 Shield(FG)간의 Capacitor 용량과 적절한 접속점을 검토한다.
3) 출력정류 Diode는 Switching Noise가 작고, 성능이 적절한것을 검토한다.
4) Ferrite Bead의 종류에 의한 효과가 다르기 때문에 적절한것을 검토한다.
5) Switching 전원 성능과 Noise 발생이 균형을 이룰 수 있는 Switching speed를 검토한다.
3-2. 잡음전계강도
잡음전계강도에 대한 측정방법은 규격상에 명시되어 있지만, Switching전원을 어떤 조건에서 측정하도록은 명시되어 있지 않기 때문에 제조업자는 여러가지 방법으로 대응할 수 있도록 되어 있다.
당사의 경우는 일반적인 사용상태을 상정하여 1.8m의 입력전원코드와 3m의 비닐코드 부하선을 사용하고 있으나, 제조자는 전원과 부하가 Shield된 경우을 상정해서 입출력 코드를 Shield 시켜서 측정해 볼 수도 있다.
Shield된 입출력코드를 사용한 경우에는 측정치의 잡음 Level은 낮게 나오지만, Unshield 입출력코드를 사용하여 측정한 경우에는 EN 55011의 Class A도 만족치 못하기 때문에 실제 사용상에 있어서 Shield 등을 추가해야 할 필요가 있기 때문에 Switching전원을 선택할 경우와 실제 사용에 있어서 주의가 필요하다.
당사에서는 사용자가 일반적으로 손쉽게 이용할 수 있는 전원선을 선택하여 측정시 사용하고 있다.
(1) 복사잡음대책의 사례
다음 사항은 당사에서 복사잡음대책을 위하여 적용한 부품의 효과에 대해서 기술한 것으로서, 측정은 전파암실에서 3m 측정법으로 측정하였다.
1) 그림1은 당사에서 개발된 Switching전원의 복사잡음성능을 표시하고 있으며, 이것을 기본으로 해서 적용된 부품을 한개씩 변경하여 성능을 비교하였다.
2) 그림2는 잡음대책에 있어서 기본적으로 2차측 정류 Diode에 삽입되는 Ferrite Bead를 제거한 경우의 잡음 Level을 표시한 것으로서, 30 ~ 500MHz 대역의 잡음 Level이 상승됨에 따라 Ferrite Bead의 효과가 있음을 확인할 수 있으며, 이 Ferrite Bead는 반드시 필요한 것임을 알수 있다.
3) 그림3은 출력단의 Common mode Coil을 제거한 경우의 잡음 Level을 표시한 것으로서, 30 ~ 110MHz 부근 까지 1 ~ 5dB정도의 Level이 증가되었으며, 낮은 주파수 대역에서 Coil이 효과 있음을 알 수 있다.
4) 그림4는 Transformer의 2차측 Line과 FG간에 접속되어 있는 Capacitor를 제거한 경우의 잡음Level을 표시하고 있으며, 60 ~ 200MHz에서 2 ~ 8dB 정도의 Level이 나빠지고, 30 ~ 50MHz에서는 좋아진다. 이 Capacitor는 접속 Point와 용량에 대한 검토가 필요하다.
5) 그림5는 3)과 4)항의 부품을 제거한 경우의 Level을 표시한 것으로서, 이것은 양쪽을 합한 것과 같은 효과가 있다. 다시말하면 각각 독립된 효과가 있음을 알수 있으며, 이와 같이 한개의 효과가 작더라도 그것을 함께 적용하는 대책이 필요하다.
3-3 Noise 대책의 결론
이상의 결과을 정리하면, Noise 대책은 기본적으로는 하기와 같다.
1) Diode에는 Ferrite Bead, Capacitor등의 부품을 조합하여 사용한다.
2) FG에 접속하는 1차측 또는 2차측 Capacitor는 용량 및 접속점을 충분히 검토한다.
3) Coil은 Inductance, 분포용량, 재질 등을 사용장소에 적합하게 선정한다.
4) Noise의 발생원은 입출력 Line으로 부터 충분하게 이격 시킨다.
5) PCB Artwork은 아날로그 회로의 기본원칙에 따라서 설계한다.
6) 적절한 정도의 Shield를 한다.
4. 표준 Switching전원
각 제조업체가 판매하고 있는 표준 Switching전원은 기기조립용 Switching전원이며, 사용자가 기기에 조립하여 사용하는 경우, 안전규격 및 EMC규격은 최종적으로 조립된 상태의 기기로 해서 규격을 취득하는것이 기본으로 되어있다. 규격은 취득한 Switching전원은 Switching전원이 최종적으로 사용되는 기기의 규격취득을 용이하게 할 수 있지만, 사용에 있어서 필요한 성능을 만족한다는 것은 아니기에 이러한 점을 알고서 Switching전원을 사용할 필요가 있다. 이러한 전원을 사용하여도 사용방법이 부적합한 경우(배선방법등이 다르게 적용)에는 만족할만 한 결과를 얻지 못할 수도 있다.
제공 : www.emcinfo.net
|
