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전원 공급 리플 필터

전원 공급 EMC 필터링을 위한 LC 필터 감쇠 및 출력 리플 전압을 계산합니다.

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공식

f₀ = 1/(2π√LC), A = −40·log₁₀(f/f₀) dB

작동 방식

전원 공급 장치 스위칭 노이즈 (리플) 는 전도 방출의 주요 원인입니다.1단계 LC 로우패스 필터는 코너 주파수 f= 1/ (2π√LC) 보다 높은 -40dB/10년 감쇠를 제공합니다.리플 주파수 f에서 감쇠 A (dB) 를 달성하는 데 필요한 코너 주파수는 f= f/ 10^ (A/40) 입니다.출력 리플 전압은 V_out = V_in × 10^ (A/20) 입니다.f를 스위칭 주파수보다 훨씬 낮게 설계하면 (일반적으로 f< f_sw/10) 적절한 감쇠가 보장됩니다.f근처에서 노이즈를 증폭시킬 수 있는 공진 피킹을 방지하려면 댐핑 저항이 필요할 수 있습니다.최적의 댐핑을 위해서는 특성 임피던스 Z= √ (L/C) 가 부하 임피던스와 거의 일치해야 합니다.

계산 예제

문제: 100kHz SMPS는 100mV 입력 리플을 생성합니다.50Ω 부하에서 동일한 L 및 C 값을 사용하여 이 값을 1mV 미만으로 낮추도록 LC 필터를 설계하십시오.
해결 방법:
1.필수 감쇠량: A = 20·로그( 100/1) = 40dB
2.필수 값: f= 100,000/ 10^ (40/40) = 100,000/ 10 = 10kHz
3.LC 제품: LC = 1/ (2π × 10,000) ² = 1/ (3.948×10) = 2.53×10¹÷ s²
4.Z= 50 Ω: L/C = 2500; L = √ (2500 × 2.53×10¹Ⅴ) = √ (6.33×10) = 795 μH; C = LC/L = 3.18×10= 0.4 μF
결과: 795μH 인덕터와 0.4μF 커패시터는 100kHz에서 10kHz 코너 주파수와 40dB 감쇠를 제공하여 리플을 100mV에서 ÷ 1mV로 줄입니다.

실용적인 팁

  • ✓DC 전류에서 고주파 감쇠를 개선하고 코어 포화 위험을 낮추려면 EMI 필터용 페라이트 코어 인덕터 (에어 코어 아님) 를 선택하십시오.
  • ✓단일 LC 스테이지가 충분하지 않은 어려운 경우 π-필터 (커패시터-인덕터-커패시터) 를 사용하여 −60dB/decade를 달성하십시오.
  • ✓출력 필터 커패시터를 인덕터 근처가 아닌 부하에 물리적으로 가깝게 배치하여 디커플링 경로에서 고주파 기생 인덕턴스를 최소화합니다.

흔한 실수

  • ✗전해 커패시터 사용 — 100kHz 이상에서 높은 ESR은 감쇠를 크게 줄입니다. LC 필터에는 저 ESR 필름 또는 세라믹 커패시터를 사용하십시오.
  • ✗필터 공진 무시 — 약하게 감쇠된 LC 필터는 f에서 노이즈를 증폭합니다. 메인 필터 커패시터 전체에 큰 커패시터와 함께 작은 댐핑 저항을 직렬로 추가합니다.
  • ✗인덕터의 DC 저항을 무시하기 — DCR이 높으면 부하 시 전압 강하가 발생합니다. 필요한 리플 감쇠를 위해 DCR과 인덕턴스의 균형을 맞춥니다.

자주 묻는 질문

리플 필터는 출력 DC 레일의 스위칭 주파수와 고조파를 대상으로 합니다.AC 입력 측에 전도성 방출 필터 (라인 필터) 를 설치하여 주전원에 다시 연결되는 노이즈를 억제합니다.둘 다 LC 필터이지만 서로 다른 임피던스와 주파수 범위에 맞게 설계되었습니다.
인덕터는 최대 부하 전류와 피크 리플 전류 (잘 설계된 SMPS의 경우 일반적으로 부하 전류의 20-30%) 를 처리해야 합니다.등급이 낮으면 포화 및 인덕턴스 손실이 발생하여 필터링 효과가 사라집니다.
단일 커패시터는 -20dB/10년 감쇠만 제공하며, -40dB/decade는 제공하지 않습니다.높은 스위칭 주파수에서 엄격한 리플 요구 사항 (10mV 미만 출력) 의 경우 일반적으로 LC 또는 π-필터가 필요합니다.

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