고주파 스위칭 전원 공급 장치의 전자파 적합성 설계 기법
고주파 스위칭 전원 공급 장치 자체에 존재하는 전자기 간섭(EMI) 문제를 제대로 처리하지 않으면 전력망을 오염시키기 쉬울 뿐만 아니라 다른 전기 장비의 정상적인 작동에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 들어오는 공간에서 전자기 오염을 형성하여 고주파 스위칭 전원 공급 장치의 전자기 호환성(EMC) 문제를 초래합니다. 본 글에서는 철도 신호용 전원 차폐판에 사용되는 1200W(24V/50A) 고주파 스위칭 전원 공급 장치 모듈에서 규격을 초과하는 전자파 간섭을 분석하고 개선 방안을 제시하는 데 중점을 두고 있다.
고주파 스위칭 전원 공급 장치에 의해 생성된 전자기 방해는 전도 방해와 방사 방해의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 전도성 교란은 30MHz 미만의 주파수를 갖는 AC 전원을 통해 전파됩니다. 방사 교란은 30~1000MHz 범위의 주파수로 공간을 통해 전파됩니다.
고주파 스위칭 전원 공급 장치의 전자기 교란 소스 분석
스위칭 전력 트랜지스터는 고주파 전도 및 차단 상태에서 작동합니다. 스위칭 손실을 줄이고, 전력 밀도와 전반적인 효율을 향상시키기 위해 스위치 트랜지스터의 개폐 속도는 일반적으로 몇 마이크로초 단위로 점점 더 빨라지고 있습니다. 스위치 트랜지스터는 이 속도로 열리고 닫혀 서지 전압과 서지 전류를 형성하며, 이는 고주파 및 고전압 피크 고조파와 공간 및 AC 입력 라인에 전자기 간섭을 생성합니다.
고주파 변압기 T1은 전력 변환을 수행함과 동시에 교번 전자기장을 생성하고 전자기파를 공간으로 방사하여 복사 교란을 형성합니다. 변압기의 분산 인덕턴스와 커패시턴스는 진동을 생성하며, 이는 변압기의 1차 단 사이의 분산 커패시턴스를 통해 AC 입력 회로에 결합되어 전도 방해를 형성합니다.
출력 전압이 상대적으로 낮을 때 출력 정류기 다이오드는 고주파 스위칭 상태로 작동하며 전자기 간섭의 원인이기도 합니다.
다이오드 리드의 기생 인덕턴스와 접합 용량, 역회복 전류의 영향으로 인해 높은 전압 및 전류 변화율에서 작동합니다. 다이오드의 역회복 시간이 길수록 피크 전류의 영향이 커지고 교란 신호가 강해져서 차동 모드 전도 교란인 고주파 감쇠 발진이 발생합니다.
생성된 모든 전자기 신호는 전력선, 신호선, 접지선 등의 금속선을 통해 외부 전원으로 전달되어 전도성 방해를 형성합니다. 방사 교란은 전선 및 장치를 통해 방사되는 간섭 신호 또는 안테나 역할을 하는 상호 연결 전선에 의해 발생합니다.
3. 고주파 스위칭 전원 공급 장치 전자파 교란에 대한 전자파 적합성 설계
스위칭 전원 공급 장치에서 발생하는 고차 고조파를 억제하려면 스위칭 전원 공급 장치 입구에 전원 필터를 추가하십시오.
입력 및 출력 전력선에 페라이트 자기 링을 추가하면 전력선 내의 고주파 공통 모드를 억제하고 전력선을 통해 방사되는 방해 에너지를 줄일 수 있습니다.
차동 모드 복사의 루프 영역을 줄이려면 전력선을 접지선에 최대한 가깝게 배치해야 합니다. 입력 AC 전원 라인과 출력 DC 전원 라인을 별도로 배선하여 입력과 출력 사이의 전자기 결합을 줄입니다. 신호선은 전원선에서 멀리, 접지선에 가깝게 배선해야 하며 회로의 루프 영역을 줄이기 위해 너무 길지 않아야 합니다. PCB 보드의 선 너비는 급격하게 변경되어서는 안 되며, 모서리는 직각이나 날카로운 모서리를 최대한 피하면서 원호로 전환되어야 합니다.
칩과 MOS 스위치 튜브에 디커플링 커패시터를 장치에 평행한 전원 및 접지 핀에 최대한 가깝게 설치하십시오.
접지선에 Ldi/dt가 존재하기 때문에 PCB 보드와 섀시는 구리 기둥으로 간접적으로 연결됩니다. 구리 기둥 연결에 적합하지 않은 경우에는 더 두꺼운 전선을 사용하고 근처에 접지합니다.
스위치 튜브와 출력 정류 다이오드의 양쪽 끝에 RC 흡수 회로를 추가하여 서지 전압을 흡수합니다.
