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EMC

디퍼런셜 모드 EMI 필터

차동 모드 LC EMI 필터를 설계합니다.SMPS 출력 노이즈 억제를 위한 코너 주파수, 감쇠 및 임피던스를 계산합니다.

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공식

f0=1/(2π√LDMCDM)f₀ = 1/(2π√L_DM C_DM)

작동 방식

차동 모드 필터 계산기는 CISPR 32 전도 방출 규정 준수와 민감한 부하에 청정 전력 공급에 필수적인 SMPS 출력 리플 및 주전원 입력 EMI 필터링을 위한 LC 저역 통과 필터를 설계합니다.전력 전자 엔지니어는 이를 사용하여 스위칭 주파수에서 안정적인 전력 변환을 유지하면서 20-40dB의 차동 모드 감쇠를 달성할 수 있습니다.

Henry Ott의 'EMC Engineering'에 따르면 차동 모드 (DM) 노이즈는 L과 N 도체 (또는 + 및 - 전력 레일) 사이에서 대칭적으로 흐르는데, 이는 두 도체에서 같은 방향으로 흐르는 공통 모드 노이즈와 구별됩니다.2차 LC 로우패스 필터는 컷오프 f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (L x C)) 보다 높은 A = 40 x log10 (f/f0) dB 감쇠를 제공합니다.특성 임피던스 Z0 = sqrt (L/C) 는 최소 반사를 위한 소스/부하 임피던스와 일치해야 합니다.

CISPR 32에 따르면 50옴 임피던스를 제공하는 LISN을 사용하여 150kHz ~ 30MHz의 전도 방출을 측정할 수 있습니다.일반적인 SMPS는 스위칭 주파수 고조파에서 60-90dBUV DM 노이즈를 생성합니다. 클래스 B 제한은 66-56dBuV입니다.따라서 필요한 감쇠량은 150kHz에서 20-35dB이며, 제한이 더 엄격한 고주파수에서는 증가합니다.

PI 필터 토폴로지 (C-L-C) 의 경우 감쇠가 컷오프보다 60dB/10년 높습니다. 이는 단일 스테이지 LC보다 20dB 더 우수합니다.Ott의 경우 40dB 이상의 감쇠가 필요하지만 공진 피킹을 방지하기 위해 세심한 댐핑이 필요한 경우 PI 필터를 사용하는 것이 좋습니다.T-필터 (L-C-L) 는 전압-소스 부하에 대해 더 나은 출력 임피던스와 함께 동일한 롤오프를 제공합니다.

계산 예제

문제: 기본적으로 150kHz에서 80dBuV 방출을 보여주는 100kHz SMPS용 DM 필터를 설계하십시오.CISPR 32 클래스 B 제한은 66dBuV입니다. 50옴 LISN 레퍼런스.

오트에 따른 솔루션: 1.150kHz에서의 필수 감쇠: 80 - 66 + 6dB 마진 = 20dB 2.2차 LC의 경우: A = 40 x log10 (f/f0), 20 = 40 x log10 (150/f0) 3.해결: f0 = 150/10^0.5 = 47 킬로헤르츠 4.50옴에 맞추기: L = 50/ (2 x 픽셀 x 47000) = 169 시간, 180 시간 사용 5.C = 1/ (2 x pi x 47000 x 50) = 68nF, 68nF X2 커패시터 사용 6.확인: f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (180e-6 x 68e-9)) = 45.5 kHz, 150kHz에서의 A = 40 x log10 (150/45.5) = 21 데시벨 7.인덕터 요구 사항: i_SAT > 2 x 부하 전류 (예: 3A 부하에는 6A sat 필요), 효율 손실이 2% 미만인 경우 DCR < 100mohm

부품: 180h 인덕터 (와트 744771118), 68nF X2 필름 커패시터.마진을 높이려면 Pi 필터로 업그레이드하십시오 (출력 시 두 번째 68nF 커패시터 추가).

실용적인 팁

  • ✓40dB 이상의 감쇠가 필요한 경우 PI 필터 (C-L-C) 를 사용하십시오. Ott당 PI 필터는 단일 LC 스테이지의 경우 40dB/10년간 롤오프를 달성하는 반면, Ott당 PI 필터는 60dB/10년 롤오프를 달성합니다.리플이 높거나 다운스트림 부하가 민감한 SMPS에 매우 중요합니다.
  • ✓필터 Q > 5인 경우 댐핑 저항을 추가합니다. Ot당 댐핑되지 않은 LC 필터는 f0에서 10-20dB의 공진 피크를 가지므로 해당 주파수에서는 방출이 악화될 수 있습니다.출력 커패시터와 함께 R을 약 Z0/3과 직렬로 추가하여 공진을 감쇠시키세요.
  • ✓필터로 측정하여 공진이 없는지 확인합니다. Ott에 따르면 필터 공진은 필터 없이는 존재하지 않는 새로운 방출 피크를 생성할 수 있습니다.필터를 추가한 후 전체 CISPR 대역 (150kHz - 30MHz) 을 스캔하여 의도하지 않은 결과가 발생하지 않았는지 확인하십시오.

흔한 실수

  • ✗혼란스러운 DM 및 CM 필터링 — Ott에 따르면 DM 필터 (L과 N 사이의 LC) 는 차등적으로 흐르는 노이즈만 처리합니다.커먼 모드 노이즈 (지구와 위상의 L 및 N) 에는 CMC와 Y 커패시터가 필요합니다.완전한 EMI 필터는 두 문제를 모두 해결하지만 DM 전용 필터는 CM 테스트에 실패합니다.
  • ✗안전 등급이 없는 대형 X 커패시터 선택 — IEC 60384-14에 따라 주전원 전체의 X 커패시터는 안전 등급 (X1, X2) 이고 페일 세이프 개방이어야 합니다.표준 세라믹 또는 필름 커패시터는 주전원에 안전하지 않으므로 단락될 경우 감전 위험이 발생할 수 있습니다.
  • ✗DC 바이어스로 인한 인덕터 포화 무시 — Wurth에 따르면 페라이트 코어 인덕터는 포화 전류에서 50-80% 의 인덕턴스를 잃어 필터 f0을 위로 이동하고 감쇠를 10-20dB까지 줄입니다.i_Sat > 2x 피크 부하 전류를 선택하십시오.

자주 묻는 질문

Ott당: DM 필터 (인덕터+커패시터) 는 정상 전력 전류 경로인 L 및 N에서 반대 방향으로 흐르는 노이즈를 감쇠합니다.CMC는 접지/섀시를 통해 되돌아오는 전류인 L 및 N 전류에서 같은 방향으로 흐르는 노이즈를 감쇠시킵니다.완전한 EMI 필터에는 DM용 X-커패시터와 인덕터, CM용 CMC와 Y-커패시터가 모두 필요합니다.
CISPR 설계 사례에 따라: f0은 일반적으로 20-50kHz로 150kHz (CISPR 하한) 에서 20-30dB 감쇠를 제공합니다.스위칭이 100kHz 인 SMPS의 경우 f0은 50kHz 미만이어야 합니다.f0이 낮을수록 감쇠는 더 커지지만 더 크고 무거운 부품이 필요합니다.감쇠 요구 사항과 크기/비용 제약의 균형을 맞추십시오.
예 — Ott에 따르면 CMC 누설 인덕턴스 (CM 인덕턴스의 1-5%) 는 차동 모드 필터링을 제공합니다.누설이 2% 인 10mH CMC의 인덕턴스는 200uH DM 인덕턴스를 가지며, 이는 기본 DM 필터링에 충분한 경우가 많습니다.전용 DM 인덕터는 비용을 추가하지만 CM 설계와 관계없이 DM 감쇠를 더 잘 제어할 수 있습니다.
Wurth/Coilcraft에 따르면 (1) 페라이트 드럼 코어 — 작고 비용이 저렴하지만 쉽게 포화됩니다. (2) 분말 철 토로이드 — DC 바이어스를 잘 처리하고 포화 전류가 높습니다. (3) Sendust/MPP 토로이드 — 최상의 포화 성능, 낮은 코어 손실, 더 높은 비용.DC 바이어스가 있는 SMPS 출력 필터의 경우 분말 철 또는 센더스트가 선호됩니다.AC 메인 필터의 경우 DC 바이어스가 없으므로 페라이트가 허용됩니다.
Ott당: (1) 최저 문제 주파수 f에서 필요한 감쇠 A 결정, (2) 2차 LC의 경우 f0 = f/10^ (A/40) 계산, (3) 소스/로드 임피던스에 맞게 Z0 선택 (LISN 측정의 경우 50옴), (4) L = Z0/ (2 x pi x f0), C = 1/ (2 x 파이 x f0), (5)) 인덕터가 포화 없이 DC 부하 전류를 처리하는지 확인하십시오. (6) 커패시터가 작동 전압 정격이고 안전 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.

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