플라이백 컨버터의 전도 노이즈를 시뮬레이션 소프트웨어로 해석하기 위해서는 정확한 P CB 패턴의 기생 성분들과 각 소자들의 기생 성분을 포함한 전체 회로 모델이 필요하다. 전체 회로의 각 부분을 구성하게 될 기생 성분의 모델링에 관한 내용은 2 장의 내용을 따른다.
이번 장에서는 2 장에서 추출된 각 소자내 기생 성분들의 영향에 의 한 노이즈 소스원과 커플링 경로의 구성에 대해 알아본다. 또한, 분석을 통한 결과로부터 노이즈 소스원을 최대한 억제하고, 커플링을 감소시키 는 방안에 대한 논의를 진행한다.
그림 3- 1 공통 모드와 차동 모드 전류
F ig 3 - 1 Com m on - m ode an d Differ en tial- m ode Cu rr en t s
전도 노이즈는 그림 3- 1에서 보는 바와 같이 공통 모드 및 차동 모
그림 3- 2 M OSF ET 의 턴- 온시의 전류 F ig . 3 - 2 Cur r en t in M OS F E T at T ur n - on
의 전류 턴온시 공진으로 나타나게 된다. 이 공진 전류는 최종적으로 P CB 패턴의 기생 캐패시턴스와 접지를 통해 전원 입력측으로 전달되 어 전도 노이즈가 발생한다.
이렇게 반향된 공진 전류는 P CB 패턴의 기생 캐패시턴스와 커플링 되어 접지를 통해서 전도 노이즈를 형성한다. 그림 3- 3 은 M OS F ET 의 전류 i(t) 와 LISN 의 50[Ω] 양단에 걸리는 전압 v (t) 를 시간축 상 에 나타낸 그림이다. 그림 3- 3 의 (a ) 는 기생 성분을 포함하지 않은 파형이고, (b ) 는 기생 성분을 포함한 파형을 나타내고 있다. 파형을 살 펴보면 스위치 턴온시에 발생되는 높은 d i/ d t 가 LISN 의 50[Ω] 에 큰 노이즈 전압으로 나타나고 있는 것을 알 수 있다.
위와 같은 현상이 일어나는 궁극적인 원인은 누설 인덕턴스에 저장되 어 있는 에너지 성분이라 할 수 있다. 따라서, 플라이백 컨버터과 같은 절연형 전원 공급기에서는 트랜스포머의 누설 인덕턴스를 최소화시킬
(a )
(b )
그림 3- 3 LISN 전압 측정
(a ) 기생 성분을 포함하지 않았을 경우의 파형 (b ) 기생 성분을 포함하였을 경우의 파형
F ig . 3 - 3 LISN V olt ag e M ea sur em en t
전체 노이즈의 두번째 주요 원인은 입력 리플 전류에 의한 성분이다.
그림 3- 4 M OS F ET 의 Vd s 의 파형 F ig 3 - 4 M OSF ET Vd s w av eform
거듭 강조하지만 트랜스포머에는 권선에 의해서 형성되는 기생 누설 인덕턴스가 존재하게 된다. M OSF ET 의 스위치가 턴 온 되어 있는 동 안 트랜스포머에 의해서 입력 전압에 의한 에너지의 일부가 1차측에 저 장되고, M OSF ET 의 스위치 턴 오프시 트랜스포머에 저장되어 있던 에너지가 2차측으로 전달되게 된다. 이 때, 1차측에 존재하는 트랜스포 머의 누설 인덕턴스에 저장되는 에너지는 식 (3- 1) 과 같이 표현할 수 있다.
그림 3- 5 누설 인덕턴스에 의한 커플링 경로 F ig . 3- 5 Couplin g pat h of Leak a g e In du ct an ce
E = 1
2 L lI 2 (3 - 1)
스위치의 턴 오프시 누설 인덕턴스에 저장되어 있던 에너지는 순간적 으로 스너버 다이오드(1N4937)를 도통시키게 되고, 식 (3- 1) 로 표현된 누설 인덕턴스 내의 에너지는 Cs n u b b e r 를 충전시키게 된다. 이 때, 전류 의 경로를 보게 되면 그림 3- 5 에 나타낸 것 처럼 Cs n u b b e r 를 충전하려 는 방향과 M OS F ET 의 Cd s 로 흐르는 방향이 존재하게 된다.
그러나, Cd s 를 통한 전류 경로는 임피이던스가 Cs n u b b e r 를 통한 경로 보다 훨씬 크기 때문에 전류의 대부분은 Cs n u b b e r 를 통한 경로를 통해 흐르게 된다. 즉, 스너버와 누설 인덕턴스에 저장되는 에너지의 관계식 은 식 (3- 2) 로 표현된다.
WL
그러므로, 플라이백 컨버터에서는 전도 노이즈를 줄이기 위하여 스위 치 온/ 오프시 발생되는 고압의 dv/ d t 를 제한할 필요가 있다. 일반적으 로 트랜스포머는 신호의 공통 모드 노이즈를 제한하기 위하여 사용한다 고 알려져 있다. 그러나, 플라이백 컨버터에 사용되는 전력 전달용 트랜 스포머는 전술된 바와 같이 많은 기생 성분들로 인해 전도 노이즈의 생 성과 전달에 많은 영향을 준다. 따라서, 이들에 대한 모델링을 정확히 해야만 전도 노이즈 시뮬레이션을 실행할 수 있다.
이제까지 살펴본 결과에 의하면 절연형 플라이백 컨버터에서 주된 노 이즈 소스원은 순시적으로 변하는 1차측 전류의 d i/ d t 성분, 입력 캐패 시터의 리플 전류 성분, 주스위치의 오프시 발생하는 공진 현상 등으로 요약할 수 있다. 발생된 노이즈들은 소자 및 패턴상의 누설 성분들을 통하여 1차측으로 커플링되고 이들이 결과적인 전도 노이즈에 주된 성 분이 된다는 사실을 보였다. 다음 장에서는 시뮬레이션과 실제 플라이 백 컨버터의 제작 및 측정을 통해 제시된 이론을 검증하려 한다.