절연형 플라이백 컨버터 회로 설계 : EMI 대책 및 출력 노이즈 대책

이번에는 회로 상에서의 노이즈 대책에 대해 설명하겠습니다. 스위칭 전원 설계 시에는 노이즈의 평가와 대책이 필수적으로 필요합니다.

먼저 노이즈에 관련된 용어를 간단히 복습하겠습니다.

・EMI (Electro Magnetic Interference) : 전자 방해 (전자 간섭, 전자 장해)
　전파 및 고주파가 노이즈로서 전자기기 등에 영향을 미치는 현상. 또는 영향을 미치는 전자파. 

　－전도 노이즈 : 케이블 및 기판 배선을 경유하여 전달되는 노이즈

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차동 (differential) 모드 노이즈 (노멀 모드 노이즈) : 전원 라인 사이에서 발생하여 전류와 동일한 방향으로 흐르는 노이즈


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공통 모드 노이즈 : 금속 케이스 등을 경유하여 부유 용량 등을 통해 신호원으로 되돌아오는 노이즈


　－방사 노이즈 : 공기중으로 방출되는 노이즈

・EMS (Electro Magnetic Susceptibility) : 전자 감수성

　전자파로 인한 방해, 간섭 (EMI : 전도 노이즈 및 방사 노이즈)을 받아도 장해를 일으키지 않는 능력, 내성.

・EMC (Electro Magnetic Compatibility) : 전자 양립성 (전자 적합성)

　EMI＋EMS. 에미션 (Emission : 방출) 대책과 이뮤니티 (Immunity : 내성)의 양립, 그 대책.

EMI에는, 경로의 관점에서 전도 노이즈와 방사 노이즈가 있으며, 전도 노이즈는 전달 방식에 따라 차동 모드 노이즈와 공통 모드 노이즈로 분류됩니다. 필요 최저한으로 알아 두어야 하는 내용이므로 참고하여 주십시오.

EMI 대책

이러한 스위칭 전원 회로의 EMI가 다른 회로에 영향을 미치는 경우, EMI 대책을 실시해야 합니다. 큰 전류가 스위칭되는 노드 및 라인에는, 기본적으로 임피던스의 정합 (整合 / matching) 및 바이패스 / 필터의 역할을 하는 콘덴서나 저항 / 콘덴서 회로를 추가합니다.

지금까지 설명한 내용이 주요 노이즈 대책이라고 할 수 있습니다. 어떤 방법을 사용하더라도 기본적으로는 노이즈를 측정하거나, 기기에 대한 노이즈의 영향을 확인해야 합니다. 확실한 노이즈의 측정을 위해서는 적절한 측정 환경 및 장치가 필요합니다. 이러한 정량적인 측정이 불가능한 경우에는, 기기로서의 S/N 비 등을 참고하여, 성능 면에서 영향의 유무 정도는 파악할 수 있습니다.

본 편에서 제시한 대책은, 전원 회로 구성에 있어서의 노이즈 대책입니다. 노이즈의 발생은 기판 레이아웃, 부품 배치, 부품 성능 등과도 관계가 있습니다. 경우에 따라서는, LC 필터를 간단한 L형에서 π형 및 T형으로 확장하거나 회로 기판에 실드를 배치해야 하는 경우도 있습니다.

또한, 기기의 사양에 따라서는, 국제 무선장해 특별 위원회 (CISPR) 규격과 같은 노이즈 규격을 만족해야 합니다. 규격 준거가 필요한 경우에는 설계 초기부터 염두에 두고 설계를 진행하는 것이 매우 중요합니다.

본 편을 마지막으로 「절연형 플라이백 컨버터 회로 설계」에 대한 설명을 마치겠습니다. 다음 편에서는 「기판 레이아웃 예」에 대해 설명하겠습니다.