자기근접의 EMI 특성 분석 및 억제 기술

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 7767(2022) 이 기사 인용

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PD(Power Delivery) 어댑터의 전력 밀도가 지속적으로 향상됨에 따라 스위칭 주파수는 증가하고 볼륨은 감소합니다. 자기장 근접장 결합 효과로 인한 EMI 문제는 PD 어댑터의 EMI 억제에 병목 현상이 발생했습니다. 본 논문에서는 자기장의 결합특성을 심층적으로 분석하고 근거리장 결합효과를 고려한 등가회로를 도출한다. 전자기장 이론에 따라 변압기, 전원 PCB 회로 및 입력 플러그 사이의 근접장 결합에 대한 수학적 모델이 확립되었습니다. 이를 바탕으로 입력 플러그의 구조 매개변수의 영향을 연구합니다. 마지막으로 트랜스포머와 전력 PCB 회로, 입력 플러그 사이의 근거리 결합 효과를 줄일 수 있는 새로운 입력 플러그 루프 구조를 제안했다. 실험 결과는 이론적 분석이 정확하고 효과적이라는 것을 검증합니다.

PD(Power Delivery) 어댑터의 전력 밀도가 지속적으로 증가함에 따라 장치 간 거리가 점점 더 가까워지고 있습니다. 두 구성 요소 사이의 전자기 결합이 엄청나게 커지고 있습니다. 또한 근거리 결합 효과로 인한 전자기 간섭(EMI)은 PD 어댑터 설계의 병목 현상이 되었습니다1,2,3. 근거리 결합 효과는 이해하고 다루기가 어렵습니다.

EMI에 대한 자기장 근접장 결합의 영향에 대한 연구 결과는 주로 자기 전력 구성요소와 EMI 필터 사이의 근접장 결합의 효과에 중점을 두고 있습니다4,5,6,7,8. Ref.6에서는 PFC(역률 보정) 초크의 누설 자기장 분포와 PFC 컨버터의 공통 모드(CM) 초크 감도를 분석합니다. 이는 PFC와 CM 초크 사이의 자기장 결합으로 인해 EMI 필터의 삽입 손실이 악화될 수 있음을 나타냅니다. Ref.7에서는 평면 트랜스포머의 자기장 분포와 전원 공급 장치의 CM 초크 코일에 미치는 영향을 분석했습니다. 또한 EMI 잡음을 억제하기 위해 자기 근접장 결합의 영향을 줄이기 위한 레이아웃, 차폐 및 CM 초크 설계 방법을 제안합니다.

게다가 EMI 필터의 특성은 EMI 필터 내부 구성 요소 간의 자기장 근접장 결합에 의해 영향을 받을 수도 있습니다8,9,10,11. Ref.8에서는 EMI 필터의 두 션트 커패시터 사이의 근접장 결합을 분석하고 커패시터의 등가 직렬 인덕턴스(ESL)를 상쇄하기 위한 음의 상호 결합 방법을 제안합니다. Ref.9에서는 CLC EMI 필터의 전자기 결합을 분석합니다. 두 커패시터 사이의 기생 유도 결합과 용량 결합의 균형을 맞추는 방법이 제안되었습니다. EMI 필터의 성능을 최적화할 수 있습니다. Ref.10에서는 2단 EMI 필터의 자기장 결합을 분석합니다. DM EMI 필터의 저주파 성능을 향상시키기 위해 근거리장 결합 효과를 이용한 직렬 인덕터 통합 방법이 제안되었습니다.

그러나 고주파 전력 회로에 가까운 입력 플러그는 특히 고전력 밀도 애플리케이션에서 근거리장 결합 효과로 인해 잡음 전파 경로가 될 수도 있습니다. PD 어댑터의 이중 와이어 병렬 권선 CM 초크는 일반적으로 전력 자기 구성 요소와 CM 초크 간의 근거리 결합 효과를 줄이기 위해 채택됩니다. 이 경우 컴팩트 PD 어댑터의 근거리 결합 경로는 기존 경로와 상당히 다릅니다.

따라서 본 논문에서는 소형 PD 어댑터의 근거리장 결합 특성을 분석하고 DM 전도성 EMI 잡음에 대한 근거리장 결합의 영향을 연구합니다. 변압기, PCB 전력 전류 루프 및 입력 플러그 루프 사이의 자기장 결합에 대해 집중적으로 연구합니다. 수학적 결합 모델을 구축한 다음 근거리 결합 최적화 방법을 제안합니다. 마지막으로 실험을 통해 이론 분석이 정확하고 유연하다는 것을 확인합니다.