3 고전력, 그리드 연결 애플리케이션을 위한 패시브 EMI 필터

전도 방출 수준을 제한하기 위한 EMC 규정을 준수하려면 스위칭 레귤레이터와 주전원 입력 소스 사이에 저역 통과 EMI 필터를 삽입해야 합니다. 그림 3-1에서는 킬로와트 규모의 그리드 연결 애플리케이션에서 단상(3선) 및 3상(4선) 시스템을 위한 전형적인 필터 배열을 보여줍니다. L, N 및 PE는 각각 전원, 중립 및 보호 접지 단자를 나타냅니다. 그림과 같이 여러 단계 필터는 높은 롤오프를 제공하며 CM 잡음이 차동 모드(DM) 잡음보다 완화하기가 더 어려운 고전력 AC 라인 애플리케이션에서 일반적으로 사용됩니다. 그림 3-1은 서지 펄스 보호 및 저항식 방전을 위한 부품은 아니지만 이 회로도에는 입력 공급 장치와 직렬로 라인 임피던스 안정화 네트워크(LISN)가 통합되어 있어 DM 및 CM 전파 부품을 포함하여 총 EMI를 측정할 수 있습니다.

더 높은 수준에서 패시브 EMI 필터는 수동 부품의 크기, 무게 및 비용으로 인해 일부 애플리케이션에서 상당한 제약이 발생하지만 전기 전자 회로의 전도 방출을 완화하기 위한 직관적이고 간단한 전통적인 접근 방식을 나타냅니다. 이러한 수동 필터 설계는 고임피던스 직렬 요소(DM 인덕터, CM 초크), 낮은 임피던스 션트 요소(X 및 Y 커패시터)의 삽입을 통해 EMI 전류 전파 경로에서 임피던스 불일치를 생성합니다. 저차 스위칭 고조파는 일반적으로 필요한 코너 주파수(또는 여러 단계 설계의 경우 여러 코너 주파수)를 기반으로 반응성 필터 부품의 크기를 결정합니다.

그림 3-1의 단상 회로도를 예로 들어 보면 CM 초크는 L_CM1 과 L_CM2 및 Y 등급 커패시터 C_Y1 ~ C_Y4 (AC 전력선과 접지 사이에 연결)로 CM 감쇠를 제공합니다. 스위칭 레귤레이터에서 공급되는 CM 전류는 먼저 레귤레이터 측 Y 커패시터를 통해 반환되고 다음으로 CM 초크 사이에 위치한 Y 커패시터를 통해 반환됩니다. 나머지 CM 전류의 대체 복귀 경로는 LISN 설정의 측정 임피던스를 통해서이며, 이로 인해 EMI 성능을 손상시킵니다.

소개에서 언급했듯이, 안전 규정에 따라 총 Y 커패시턴스가 상대적으로 낮은 값(종종 10nF 미만)으로 제한되고, 원하는 코너 주파수에 필요한 초크의 CM 인덕턴스가 수 밀리헨리의 범위에서 상대적으로 높기 때문에 초크가 크고, 무겁고, 비쌉니다. DM 감쇠와 대조적으로 X-커패시터 C_X1 ~ C_X3은 큰 값(일반적으로 2.2µF)이 될 수 있으며, CM 초크의 누설 인덕턴스를 사용하여 낮은 값 DM 인덕턴스를 허용할 수 있습니다.

사실상 CM 초크는 그림 그림 3-2의 실제 구현[3]에서 볼 수 있듯이 EMI 필터의 크기를 지배하며, EMI 필터 설계 시 부피, 열 관리 문제, 음향 잡음, 필터 공진 및 부품 사이의 전자기 결합을 포함하여 몇 가지 문제를 야기합니다. 또한 필터 부품의 기생 요소(특히 CM 초크)는 고주파 성능과 달성 가능한 감쇠에 영향을 미칩니다. 필터에 사용된 개별 부품은 다양한 제조업체의 서로 다른 폼 팩터로 제공되며, 서로 잘 맞도록 최적화되지 않아 필터 구현의 공간 설계와 조립이 손상됩니다.