차동 모드 EMI 필터
SMPS 출력 필터링을 위한 차동 모드 LC EMI 필터를 설계합니다.
공식
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 (Wurth 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
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