스위칭 전원 공급 장치의 고조파 전류의 유해
전원 공급 장치에는 고전력 스위칭 튜브가 설치되어 있으며 고주파에서 작동할 때 고조파를 생성하여 주변 장비에 전자기 간섭을 일으키고 그리드의 전력 품질에 영향을 미칩니다. 따라서 스위칭 전원 공급 장치에서 발생하는 고조파를 억제하는 것이 매우 필요합니다.
전류 억제 방법은 능동 필터링과 수동 필터링으로 나눌 수 있습니다. 그중 전자의 필터링 효과는 더 좋지만 기술이 비교적 복잡하고 실제 응용 프로그램에서 설계하기가 어렵습니다. 후자의 수동 필터링 방법도 고조파를 억제할 수 있고 무효 전력 보상 효과도 얻을 수 있지만 제어 효과는 능동 필터링보다 훨씬 적습니다.
전원 공급 장치 업계에서 다년간의 경험을 바탕으로 Jinshengyang은 스위칭 전원 공급 장치에서 생성되는 고주파 고조파를 위한 매우 안정적인 PFC 집적 회로를 개발했습니다. 시뮬레이션 테스트 실험과 현장 사용 피드백을 통해 전원 공급 장치의 역률 성능이 지속적으로 최적화되고 개선되었습니다. LMF 시리즈, LIF 시리즈, LOF 시리즈 등과 같은 슈퍼 고조파 억제 기능이 있는 능동형 PFC 스위칭 전원 공급 장치 제품의 역률은 0.99까지 도달할 수 있어 효과적으로 억제할 수 있습니다. 주변 장비에 대한 고주파 고조파로 인한 전자기 간섭은 전력망의 전력 이용률을 향상시킵니다.
02 스위칭 전원 공급 장치의 고조파 메커니즘 분석
스위칭 전원 공급 장치의 스위칭 회로에서 스위칭 튜브는 켜짐과 꺼짐의 두 가지 작동 상태만 있습니다. 이때 출력 전압에는 동작 주파수에 해당하는 AC 신호가 존재하게 되며, 이 고조파 신호는 출력 전압에 계속 존재하게 됩니다. 전류가 용량성 또는 유도성 부하와 같은 비선형 부하를 통해 흐를 때 인가된 전압이 선형 관계를 나타내지 않으면 비정현파 전류가 형성되어 고조파가 발생합니다.
전력 계통의 고조파 억제는 계통에 유입되는 고조파 전류를 줄이거나 제거하여 한계값 내에서 고조파를 제어하는 것이다. 예를 들어 스위치 제어 신호의 펄스 주파수를 100kHz로 설정하면 출력 기본파의 홀수 성분의 3차 고조파와 5차 고조파 에너지가 모두 존재함을 알 수 있습니다. 또한 상승 에지와 하강 에지에서 펄스 신호의 전압 변화율이 매우 빠르고 전류 변화율도 매우 빠릅니다. 이 과정에서 제어 펄스 주파수와 다른 고주파 성분이 생성됩니다. 스위칭 전원의 주파수 성분을 제어하기 위해서는 스위칭 전원을 설계할 때 설계 요구에 따라 스위칭 제어 펄스를 합리적으로 선택해야 함을 알 수 있다. 또한 제어 펄스의 속도도 줄여야 합니다.
03 고조파 전류의 위험
최근 몇 년 동안 고조파로 인한 다양한 고장 및 사고가 지속적으로 발생했으며 고조파 피해의 심각성이 사람들의 높은 관심을 불러 일으켰습니다. 전원 공급 장치를 공용 전력망 및 기타 시스템으로 전환하여 생성된 고조파의 피해는 일반적으로 다음과 같은 측면이 있습니다.
04 EMI 필터를 이용한 스위칭 전원 공급 장치의 고조파 전류 억제 방법
EMI 필터링 기술은 스파이크 간섭을 효과적으로 억제할 수 있으며 전도 간섭 및 방사 간섭을 효과적으로 필터링할 수 있습니다. 그림 4는 커패시터와 인덕터로 구성된 EMI 필터를 보여줍니다. 스위칭 전원 공급 장치의 입력단에 연결되며 고주파 바이 패스 커패시터는 C1 및 C5입니다. 차동 모드 간섭이 필터링됩니다. L1, C3, C4 및 L2, C3, C4는 회로의 공통 모드 간섭을 필터링합니다. 실제 테스트에 따르면 구성 요소의 매개 변수를 합리적으로 선택하면 EMI 필터가 스위칭 전원 공급 장치의 고조파 억제 효과를 높일 수 있습니다.
패시브 역률 보정 회로 사용
이전 섹션에서 소개한 EMI 필터 회로는 고조파를 억제합니다. 전도 및 방사 간섭을 효과적으로 억제할 수 있지만 입력 전류 파형 왜곡에 대해서는 무력합니다. 따라서 전류의 고조파 성분을 크게 줄이기 위해서는 브리지 정류기 커패시터 필터 회로를 분석하고 입력 특성을 찾아 필요한 개선을 해야 합니다.
패시브 역률 보정 회로 중 하나이며 구성 요소에는 커패시터 및 다이오드가 포함됩니다. 회로가 안정되면 정류기 다이오드의 전도 시간이 연장되어 입력 전류 고조파가 효과적으로 개선됩니다.
능동 역률 보정 회로 사용
수동 역률 보정 회로와 달리 펄스 폭 변조 전략은 능동 역률 보정 회로에서 사용되며 그 제어 효과는 수동 역률 보정 회로보다 분명히 우수합니다. 입력 전류를 사인파로 보정할 수 있고 고조파 함유량이 10% 이내이며 역률도 1에 가깝게 보정할 수 있습니다.
능동 역률 보정을 위한 단순화된 회로는 이중 루프 제어를 채택합니다. 여기서 외부 루프는 출력 전압을 제어하고 내부 루프는 인덕터 전류를 제어합니다. 적절한 제어 전략을 채택하면 인덕터의 피크 전류가 상위 VDC의 변화를 추적하도록 보장할 수 있습니다. 이에 따라 정현파 형태의 평균 전류가 달성됩니다.
또 다른 능동 역률 보정 회로는 BOOST 부스트 PFC 집적 회로를 사용하며 그 작동 원리를 분석합니다. 전원 주파수 AC가 연결되면 입력 전압이 브리지 정류 회로를 통해 C1을 충전하고 커패시터가 회로의 전압이 될 때 특정 값으로 상승하면 PFC 회로의 주 제어 IC가 시작되고 해당 PWM 펄스는 IC의 GATE 핀에서 제공되며 펄스는 MOS 튜브 Q1을 구동하여 스위치 상태; 샘플링 저항 R3 및 R4를 통해 샘플링 값은 IC 전압 루프 비교기로 전송됩니다. 동시에 전압이 IC 전류 검출 비교기에 보내질 때 PWM 펄스 출력을 조정하는 내부 가산기를 통해 오류 신호를 얻을 수 있으므로 입력 전류 파형이 입력을 따르도록 L1의 전류를 제어합니다. 역률이 1에 가까워지도록 전압을
