스위칭 전원장치의 EMI 제어 기술 분석
본 논문에서는 스위칭 전원 공급 장치의 EMI 메커니즘을 자세히 분석하고 일련의 EMI 억제 전략을 제시하여 스위칭 전원 공급 장치의 전자기 호환성을 효과적으로 향상시킵니다.
스위칭 전원 공급 장치는 전력 반도체 소자를 사용하고 전력 변환 기술, 전자 전자기 기술 및 자동 제어 기술을 통합하는 일종의 전력 전자 제품입니다. 저전력 소비, 고효율, 소량, 경량, 안정적인 작업, 안전성 및 신뢰성, 넓은 전압 안정 범위 등의 장점으로 인해 컴퓨터, 통신, 전자 기기, 산업 자동 제어, 국방 및 가전 제품. 그러나 스위칭 전원 공급 장치는 과도 응답이 좋지 않고 EMD(전자기 간섭)가 발생하기 쉽고 EMI 신호는 넓은 주파수 범위를 차지하고 특정 진폭을 갖습니다. 이러한 EMI 신호는 전도 및 방사를 통해 전자기 환경을 오염시키고 통신 장비 및 전자 기기에 간섭을 유발하여 스위칭 전원 공급 장치의 사용을 어느 정도 제한합니다.
1개의 스위칭 전원 공급 장치로 인해 전자기 간섭이 발생함
전자기 간섭(EMI)은 예상치 못한 전자기 방해로 인해 발생하는 전자 시스템 또는 하위 시스템의 일종의 성능 손상입니다. 이는 세 가지 기본 요소로 구성됩니다. 간섭 소스, 즉 전자기 간섭 에너지를 생성하는 장비; 커플링 채널, 즉 전자기 간섭을 전송하는 채널 또는 매체; 민감한 장비, 즉 전자기 간섭으로 인해 손상된 장치, 장비, 하위 시스템 또는 시스템입니다. 이를 바탕으로 전자파 간섭을 제어하기 위한 기본 조치는 간섭원 억제, 재난 경로 차단, 간섭에 대한 민감한 장비의 반응 감소 또는 전자파 민감도 수준 높이기 등입니다.
스위칭 전원 공급 장치의 작동 원리에 따르면 스위칭 전원 공급 장치는 먼저 전원 주파수 교류를 직류로 정류한 다음 이를 고주파 교류로 반전시키고 최종적으로 정류 및 필터링을 통해 출력하여 안정적인 직류 전압을 얻는 것으로 알려져 있습니다. . 회로에서 전력 삼극관과 다이오드는 주로 스위칭 상태에서 작동하며 마이크로초 단위로 작동합니다. 삼극관과 다이오드를 켜고 끌 때 상승 및 하강 시간 동안 전류가 크게 변하여 무선 주파수 에너지를 생성하고 간섭 소스를 형성하기 쉽습니다. 동시에, 변압기의 누설 인덕턴스와 출력 다이오드의 역회복 전류로 인한 피크도 잠재적인 전자기 간섭을 형성합니다.
스위칭 전원 공급 장치는 일반적으로 고주파수에서 작동하며 주파수는 02kHz 이상이므로 분산 커패시턴스를 무시할 수 없습니다. 한편, 방열판과 스위치 튜브의 컬렉터 사이의 절연 시트는 접촉 면적이 크고 절연 시트가 얇기 때문에 고주파에서 이들 사이의 분포 정전 용량을 무시할 수 없으며 고주파 전류는 분산된 커패시턴스를 통해 방열판으로 흐른 다음 섀시 접지로 흐르므로 공통 모드 간섭이 발생합니다. 반면, 펄스 변압기의 1차 단 사이에는 분산 커패시턴스가 있는데, 이는 1차 권선의 전압을 2차 권선에 직접 융합할 수 있고 2차 권선의 DC 출력으로 두 전력선에 공통 모드 간섭을 일으킬 수 있습니다. 굴곡.
따라서 스위칭 전원 공급 장치의 간섭 원인은 주로 스위칭 튜브, 다이오드 및 고주파 변압기와 같은 구성 요소와 AC 입력 및 정류 출력 회로에 집중되어 있습니다.
2 스위칭 전원 공급 장치의 전자 간섭을 억제하기 위한 조치
일반적으로 스위칭 전원 공급 장치의 EMI 제어는 주로 필터링 기술, 차폐 기술, 밀봉 기술 및 접지 기술을 채택합니다. EMI 간섭은 전송 경로에 따라 전도 간섭과 방사 간섭으로 구분됩니다. 스위칭 전원 공급 장치는 주로 간섭을 일으키며 주파수 범위는 약 10kHz-30MHz로 가장 넓습니다. 전도 간섭 억제 대책은 기본적으로 10kHz-150kHz, 150kHz-10MHz 이상 3가지 주파수 대역에서 해결됩니다. 일반 간섭은 주로 10kHz ~ 150kHz 범위에 있으며 일반적으로 일반 LC 필터로 해결됩니다. 공통 모드 간섭은 주로 150kHz-10 MHz 범위에 있으며 일반적으로 공통 모드 제거 필터로 해결됩니다. 10MHz 이상 주파수 대역에 대한 대책은 필터 형상 개선과 전자파 차폐 대책이다.
2.1 AC 입력 EMI 필터를 사용합니다.
일반적으로 도체에 간섭 전류를 전송하는 방법에는 공통 모드와 차동 모드의 두 가지가 있습니다. 공통 모드 간섭은 캐리어 유체와 접지 사이의 간섭입니다. 간섭은 크기와 방향이 동일하며 전원 공급 장치의 상대 접지 사이 또는 중성선과 접지 사이에 존재합니다. 이는 주로 du/dt에 의해 생성되며 di/dt도 특정 공통 모드 간섭을 생성합니다. 차동 모드 간섭은 캐리어 유체 사이의 간섭입니다. 간섭은 크기가 같고 방향이 반대이며 전원 공급 장치의 위상 선과 중성선, 위상 선과 위상 선 사이에 존재합니다. 간섭 전류가 도체에 전송되면 공통 모드와 차동 모드 모두에서 나타날 수 있습니다. 그러나 공통 모드 간섭 전류는 차동 모드 간섭 전류가 된 후에만 유용한 신호를 간섭할 수 있습니다.
AC 전력 전송 라인에는 위의 두 가지 종류의 간섭이 있습니다. 일반적으로 저주파 차동 모드 간섭과 고주파 공통 모드 간섭입니다. 일반적으로 차동 모드 간섭의 진폭은 작고 주파수는 낮으며 발생하는 간섭은 작습니다. 공통 모드 간섭은 진폭이 크고 주파수가 높으며 전선을 통해 방사선을 생성하여 큰 간섭을 일으킬 수도 있습니다. AC 전원 공급 장치의 입력단에 적절한 EMI 필터를 사용하면 전자기 간섭을 효과적으로 억제할 수 있습니다. 전력선 EMI 필터의 기본 원리는 그림 1에 나와 있는데, 차동 모드 커패시터 C1과 C2는 차동 모드 간섭 전류를 단락시키는 데 사용되고 중간 선로 접지 커패시터 C3과 C4는 단락에 사용됩니다. 공통 모드 간섭 전류를 회로에 연결합니다. 공통 모드 초크 코일은 동일한 두께의 두 개의 코일로 구성되며 동일한 방향으로 자기 코어에 감겨 있습니다. 두 코일 사이의 자기 결합이 매우 가까우면 누설 인덕턴스가 매우 작아서 전력선의 주파수 범위가 좋지 않습니다.
모드 리액턴스는 매우 작아집니다. 공통 모드 초크에 부하 전류가 흐를 때, 위상선에 직렬로 연결된 코일에서 생성된 자기력선은 중성선에 직렬로 연결된 코일에서 생성된 자기력선과 반대가 되며, 위상선에서 서로 상쇄됩니다. 자기 코어. 따라서 부하 전류가 큰 경우에도 자기 코어는 포화되지 않습니다. 공통 모드 간섭 전류의 경우 두 코일에 의해 생성된 자기장이 동일한 방향이므로 큰 인덕턴스가 나타나 공통 모드 간섭 신호를 감쇠시키는 역할을 합니다. 여기서, 공통모드 초크코일은 투자율이 높고 주파수 특성이 좋은 페라이트 자성재료로 제작되어야 한다.
