스위칭 전원 공급 장치의 EMI 시뮬레이션 설계
스위칭 주파수와 전력 밀도가 증가함에 따라 스위칭 전원 공급 장치 내부의 전자기 환경은 점점 더 복잡해지고 있으며, 스위칭 전원 공급 장치 설계에서 전자기 호환성이 주요 초점이자 주요 어려움이 되었습니다. 기존의 설계 방식에서는 EMC 문제를 실증적 설계로 다루며, EMC 문제는 프로토타입이 완성된 후에야 최종적으로 고려될 수 있다. 기존의 EMC 해결 방법은 추가 구성 요소만 추가할 수 있어 원래 제어 루프 대역폭에 영향을 미칠 수 있으며 전체 시스템을 재설계하고 설계 비용을 증가시키는 최악의 경우를 초래할 수 있습니다. 이러한 상황을 피하기 위해서는 설계 과정에서 EMC의 문제를 고려하고, 스위칭 전원 공급 장치의 EMI를 일정한 정확도로 분석 및 예측하고, 각 주파수 대역에서의 간섭 메커니즘 및 분포에 따라 설계를 개선해야 합니다. EMI 레벨을 줄여 설계 비용을 절감합니다.
2 스위칭 전원 EMI 특성 및 분류
스위칭 전원의 전도 전자파 간섭을 예측하기 위해서는 발생 메커니즘과 노이즈 소스의 특성을 명확히 할 필요가 있습니다. 전원 스위치 튜브의 고속 스위칭 동작으로 인해 전압 및 전류 변화율이 매우 높으며 상승 에지 및 하강 에지에는 풍부한 고조파가 포함되어 전자기 간섭 강도가 큽니다. 스위칭 전원 공급 장치의 전자기 간섭은 주로 다이오드, 전원 스위칭 장치, 라디에이터 및 이와 연결된 고주파 변압기 근처에 집중됩니다. 스위칭 튜브의 스위칭 주파수는 수십 kHz에서 수 MHz에 이르기 때문에 스위칭 전원 공급 장치의 간섭 형태는 주로 전도 간섭과 근거리 간섭입니다. 그중 전도 간섭은 잡음 전파 경로를 통해 전력망에 주입되어 전력망에 연결된 다른 장치를 방해합니다.
스위칭 전원 공급 장치의 전도성 간섭은 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
1) 차동 모드(DM) 간섭. DM 노이즈는 주로 di/dt에 의해 발생합니다. 기생 인덕턴스와 저항을 통해 활선과 중성선 사이의 루프에서 전파되어 접지선과 루프를 형성하지 않는 두 전선 사이에 전류 Idm을 생성합니다.
2) 공통 모드(CM) 간섭. CM 노이즈는 주로 dv/dt에 의해 발생합니다. PCB의 부유 용량은 두 전력선과 접지 사이의 루프를 통해 전파되고 간섭은 라인과 접지 사이에 침입합니다. 간섭 전류는 접지를 공통 루프로 사용하여 두 라인 각각에서 절반으로 흐릅니다. 실제 회로에서는 불균형 라인 임피던스로 인해 공통 모드 신호 간섭이 제거하기 어려운 누화 간섭으로 변환됩니다.
스위칭 전원 공급 장치의 EMI 시뮬레이션 분석
이론적으로 말하면 시간 영역 시뮬레이션이든 주파수 영역 시뮬레이션이든 합리적인 분석 모델이 확립되면 시뮬레이션 결과는 시스템의 EMI 양자화 정도를 정확하게 반영할 수 있습니다.
시간 영역 시뮬레이션 방법은 변환기의 모든 구성요소 매개변수를 포함하는 회로 모델을 구축하고, 시뮬레이션 분석을 위해 PSPICE 또는 Sabre 소프트웨어를 사용하고, EMI의 스펙트럼 파형을 얻기 위해 고속 푸리에 분석 도구를 사용해야 합니다. 이 방법은 DM 노이즈 분석을 통해 검증되었습니다. 그러나 스위칭 전원 공급 장치에서 MOSFET, IGBT와 같은 반도체 소자의 비선형 특성과 표류 매개 변수는 모델을 매우 복잡하게 만들고, 스위칭 전원 공급 장치의 회로 토폴로지는 작동 시 끊임없이 변화하므로 비수렴 문제가 발생합니다. 시뮬레이션. CM 잡음을 연구할 때는 모든 기생 요소 매개변수를 포함해야 합니다. 기생 매개변수의 영향으로 인해 FFT 결과는 실험 결과와 일치하기 어렵습니다. 스위칭 전력 변환기는 일반적으로 세 가지 시상수 그룹을 포함하여 광범위한 시상수에서 작동합니다. 출력 단자의 기본 주파수(수십 ms)와 관련된 시상수; 스위칭 소자의 스위칭 주파수와 관련된 시상수(수십 μs) 스위칭 소자가 켜지거나 꺼질 때 상승 시간과 하강 시간에 관련된 시정수(수 ns)입니다.
이러한 이유로 시간 영역 시뮬레이션에서는 매우 작은 계산 단계를 사용해야 하며 계산을 완료하는 데 오랜 시간이 걸립니다. 또한, 시간 영역 방법으로 얻은 결과는 회로의 다양한 변수가 간섭에 미치는 영향을 명확하게 분석할 수 없고, 스위칭 전원 공급 장치의 EMI 동작을 깊이 설명할 수 없으며, EMI 메커니즘에 대한 판단이 부족하고, 정보를 제공할 수 없는 경우가 많습니다. EMI를 줄이는 명확한 솔루션입니다.
