Switching Mode Power Supply(SMPS)에서 전자파 노이즈 발생의 주된 요인은 스위칭 소자, 2차측 정류 다이오드, 그리고 출력 트랜스포머 및 쵸크 코일의 세부분이다. 본 논문에서는 노이즈 특성을 정량화 하기 어려운 트랜스포머에 초점을 맞추고, 보빈의 형태, 권선 방법에 따른 노이즈를 분석하고 최적 트랜스포머를 설계 하였다. 이들의 비교 분석을 위해 전자파 전도노이즈, 스위칭 소자의 스위칭 파형, 출력의 리플/노이즈 전압, 누설 전류의 4가지 특성을 측정하였다. 이 결과 수직 형태의 보빈과 1ㆍ2차 병렬 샌드위치 권선법을 사용한 트랜스포머의 경우가 가장 좋은 특성을 나타냄을 알 수 있었고, 이를 바탕으로 최적의 트랜스포머를 제안하였다. 전기적 특성과 안전 규격에 대한 실험을 통해 개발된 SMPS가 의료기용 국제 규격인 IEC 601-1을 만족함을 확인하였다.
Switching Mode Power Supply(SMPS)에서 전자파 노이즈 발생의 주된 요인은 스위칭 소자, 2차측 정류 다이오드, 그리고 출력 트랜스포머 및 쵸크 코일의 세부분이다. 본 논문에서는 노이즈 특성을 정량화 하기 어려운 트랜스포머에 초점을 맞추고, 보빈의 형태, 권선 방법에 따른 노이즈를 분석하고 최적 트랜스포머를 설계 하였다. 이들의 비교 분석을 위해 전자파 전도노이즈, 스위칭 소자의 스위칭 파형, 출력의 리플/노이즈 전압, 누설 전류의 4가지 특성을 측정하였다. 이 결과 수직 형태의 보빈과 1ㆍ2차 병렬 샌드위치 권선법을 사용한 트랜스포머의 경우가 가장 좋은 특성을 나타냄을 알 수 있었고, 이를 바탕으로 최적의 트랜스포머를 제안하였다. 전기적 특성과 안전 규격에 대한 실험을 통해 개발된 SMPS가 의료기용 국제 규격인 IEC 601-1을 만족함을 확인하였다.
The main noise sources in SMPS are divided into three parts: the switching devices, the rectifiers in secondary part, the output transformer and choke coil. In this paper we performed the noise analysis with respect to bobbin type and winding method, and designed an optimized transformer focusing on...
The main noise sources in SMPS are divided into three parts: the switching devices, the rectifiers in secondary part, the output transformer and choke coil. In this paper we performed the noise analysis with respect to bobbin type and winding method, and designed an optimized transformer focusing on the transformer. For the comparison. we measured four parameters for each cases, including EMI conducted emission noise. signal from the switching devices, output ripple/noise voltage and leakage current. As the result, the transformer using a vertically-typed bobbin and a parallel, sandwich winding method showed the best performance. We confirmed that the SMPS developed in this research is satisfied with the IEC 601-1 international standard for the medical instrumentation. by testing its electrical characteristics and safety.
The main noise sources in SMPS are divided into three parts: the switching devices, the rectifiers in secondary part, the output transformer and choke coil. In this paper we performed the noise analysis with respect to bobbin type and winding method, and designed an optimized transformer focusing on the transformer. For the comparison. we measured four parameters for each cases, including EMI conducted emission noise. signal from the switching devices, output ripple/noise voltage and leakage current. As the result, the transformer using a vertically-typed bobbin and a parallel, sandwich winding method showed the best performance. We confirmed that the SMPS developed in this research is satisfied with the IEC 601-1 international standard for the medical instrumentation. by testing its electrical characteristics and safety.
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제안 방법
AC/DC 부분은 넒은 입력전압 기능을 위해 플라이백(flyback) 타입으로 설계를 하였고, 출력은 16V로 하였다. DC/DC 부분은 춘벽 용량 50W-60W, 고주파스위 칭에 의한 소형화 이 모두에 적합한 훠워드(forward) 방식으로 사용하있다.
DC/DC 부분은 춘벽 용량 50W-60W, 고주파스위 칭에 의한 소형화 이 모두에 적합한 훠워드(forward) 방식으로 사용하있다. DC 입력의 경무 10-16V까지의 어느 전압에서도 등작이 가능하게 하였고, 3.3V, 5V, 32V, -12V의 네 개의 즐력을 얻을 수 있도록 실계하였다. 5V, 3.
SMPS는 PWMCPtilsc Width Modul紅km)방식을 용하였고 EMI필더 내장, 원격 on/off, 넓은 입력전압 (Free Voltage Input(85-264V))f 과전류 보호회로, 고]*친압 보호회로, 궤환회로, 전지(battery) 사용을 위한 단자, 준력 단자 단락보호회로(Short Circuit Protection) 등을 부가하여 의료기기에 적용이 가능하도록 하였다.
다음은 부하의 변동에 따른 출력전압의 변화를 보는 부하변동에 따른 안정도에 대한 실험 결과이다. 각각의 출력전압에 대하여 무부하 상태, 50%의 부하상태, 100%의 부하를 건 상태에 대하여 측정을 하였고 부하는 후시쯔 덴시사의 전기부하기를 사용하여서 실 힘을 하였다.
보았다. 개발된 파워의 전기직 특성에 내해서는 입력전압변화에 대한 안정도(Line regulation), 부하 변동에 대한 안정도 (Load regulation), 입력전압과 부하 변동에 대한 안정도(Cross regulation), Ji리고 츨력의 리플/노이즈 전압 등의 테스M를 하였디..
트랜스포머를 제작하였다. 그리고 트렌스포머의 특성을 비교 분석하기 위하이 전자파 전도노이즈, 스위칭 소자의 스위칭 파형, 출럭의 리플/노이兰 전압, 그리고 누설전류 4개의 데이터를 측정, 비교 분석하었다.
다음은 각 출력 사이의 부하에 데한 상효 간섭의 관계를 알 수 있는 Cross regulation에 대한 실험으로 각출벽이 10%, 50%, 100%로 변힘-에 따라 다른 전압에 미치는 영향을 실험하는 것으로 부하는 진기부하기로 사용하였으며 실험 결과는 Table 10과 같다.
스위칭 주파수는 65 Khz보 하있으며, PWM IC는 u由trod己시-의 전류모드 PWM 제어 IC인 UC3842를 사용하였다. 보호회로로는 과전압보호회로, 과전류 보호회로, 출력 전압의 궈】환을 통한 회로의 인-정화를 기했으■벼 이 모두는 포토 커플러(μhot。coupler)를 통하여 절연을 하였다. 트랜스포머 설계 및 사양 1차측 틴수(Np) 계산시은 다음可 같다[6, 8丄
본 논문에서는 트랜스포머에 초점을 맞추어서 보빈의 형테, 권선 순서, 샌드위치 권선버과 센드위지 권선버이 아닌 경우, 마지막으로 각종 샌드위치 권선법에 대하여 각각 트랜스포머를 제작하였다. 그리고 트렌스포머의 특성을 비교 분석하기 위하이 전자파 전도노이즈, 스위칭 소자의 스위칭 파형, 출럭의 리플/노이兰 전압, 그리고 누설전류 4개의 데이터를 측정, 비교 분석하었다.
본 논문에서는 파워 서플라이의 无이즈 발생 요인 중 성량화가 힘든 부품인 트랜스포머에 대해 以빈 형태, 권선 순서, 권선 방법 등 3가시의 경무에 데혜 각각 다른 형테의 트랜스고머를 제작하여 이에 대해 출력 전압의 리플/스위칭 노이즈, 입러 측의 EMI 전도 上이크, 스위칭 소자의 스위칭 파힘, 누셜전류 능 4사지의 데이터를 각각 분석하어 다음과 깉은 결돈을 인을 수 있었다.
실험은 수직 형테와 수평 형태의 보빈을 사용하여 보빈의 형태, 권선을 감는 순서를 달리하여서 긴선 순서, 샌드위치 권선법과 샌드위치 권선법이 아닌 경우, 리고 각종 센드위치 권선법 을 직용하여 트랜스포머 를 제작하이 직접 SMPS에 적용하여 데이터를 얻었다.
실험을 통해 가장 특성이 좋게 나타난 수직타입의 보빈과 1차, 2차 병렬 샌드위치 권선법으로 제작한 트렌스포머를 사용하여 기발된 파워의 특성을 실험해 보았다. 개발된 파워의 전기직 특성에 내해서는 입력전압변화에 대한 안정도(Line regulation), 부하 변동에 대한 안정도 (Load regulation), 입력전압과 부하 변동에 대한 안정도(Cross regulation), Ji리고 츨력의 리플/노이즈 전압 등의 테스M를 하였디.
이 드랜스포머를 이용해 파워 모듈내에서 AC 입력을 받아 DC로 한번 스위칭 후 다시 DCZDC 컨버터 (converter)의 동작을 통해 최종 출력까지 얻어네는 완전한 모듈형 파워 서플라이를 게발하였다. 전기적 특성 및 안전규격에 데한 여러가지 실힘을 통해 개발된 SMPS가 의료기 관련 국제 규격인 IEC (International Electrotechnical Commission, 국제 전기기술 위원히) 601-W1 만족함을 확인하였다.
이 트랜스포머플 이용해 파워 모듈내에서 AC입럭을 받아 DG로 변환한 후, 다시 DCZDC 컨버터(GOnv或L或)의 돔작을 통해 죄픙 출리까지 얻어내는 완전한 므귤형파워 서플라이를 개발하였다. 선기저 특성 및 안신규격에 배한 여日 가지 실험을 통해 개밸뇐 SMPS가 의료기 관련 국제 규격인 IEC 601-1에 만족함을 확인하였다.
이번 실험은 트렌스포머의 권선 순서를 달리하는 경우 즉, 1차 주권선-2차 권선-】차 보조권선, 1차 측을 먼지 감은 경우(주권선먼저, 보조권선먼저), 2차 측을 먼저 감은 경우 회로에 미치는 영향에 대한 실험이었다.
출녁전압의 안정도를 평가하기 위해 출력의 리플/노이즈 전압을 측정하였고 측정시 접지와 측정 전압에 O.luF 전해 콘덴서와 2A104 마일러 콘덴서를 연결하여 각각의 값에 디】하여 측정하였다.
대상 데이터
각각의 트랜스포머 제작에 있어서 코어, 절연테이프, 배리어테이프, 보빈(실험1은 제외)등의 모든 조건은 갇게 하였다. 실험 측정은 통일 PCB에서 트랜스포머를 변경하여 측정하였디
스위칭 주파수는 65 Khz보 하있으며, PWM IC는 u由trod己시-의 전류모드 PWM 제어 IC인 UC3842를 사용하였다. 보호회로로는 과전압보호회로, 과전류 보호회로, 출력 전압의 궈】환을 통한 회로의 인-정화를 기했으■벼 이 모두는 포토 커플러(μhot。coupler)를 통하여 절연을 하였다.
Figure 3. 실험에 사용한 보빈의 형태.
성능/효과
3, 권선 방법을 달리한 경우의 실험에서는 샌드위지 권선범이 일반 권선받보다 좋은 특성을 노이며, 샌드위치 권선법 중에시도 차 샌드위치 권선법미 가장 푷은 특싱음 보임을 알 수 있다.
각각 실힌음 한 결과 우선 스위칭 노이즈의 겅우 ]차 측을 먼저 감은 겅우가 다른 경우보다 크게 증가하였고, 이는 출멱에도 영향을 미쳐 리플/노이즈도 층가함을 알 수 있었다. 누설전류의 경우도 1차 주권선 2차 권선 -1차 보조권선의 경우가 특싱이 종음을 확인할 수 있었다.
서플라이를 개발하였다. 선기저 특성 및 안신규격에 배한 여日 가지 실험을 통해 개밸뇐 SMPS가 의료기 관련 국제 규격인 IEC 601-1에 만족함을 확인하였다.
누설전류의 경우도 1차 주권선 2차 권선 -1차 보조권선의 경우가 특싱이 종음을 확인할 수 있었다. 선자파 전도노이스의 경우는 권신순시의 변화가 영향을 미치지만 모두 클라스 B규긱을 반족함을 알 수 있었다.
이상과 같은 실험을 동해 제자뢴 여거 가지 트랜스포머 중에시 수직 형대의 보민과 1 ・ 2차 범덜 샌느위치 권선법을 사용한 경우 가장 특성이 줗음을 알 수 있었다.
이상과 같은 실험을 통해 권선 순서를 달리함에 따라 스위 칭 노이즈와 촐럭의 리플/노이드 전압이 영향을 받음을 알 수 있었고, 결합도와 누설전류 면에서 볼 때 1 차 주귄신-2차 권선-1차 보조권선의 권선 순서가 가장 좋은 특성을 보임을 알 수 있다.
일반 권선 방버과 각종 샌드위치 권선법의 비교에서는 샌드위치 권신법의 경우가 춤럭 축의 스위칭/리플 전압이 감소하는 특징이 있으나 어떤 샌드위치 권선법의 경우는 전자파 전도노이즈나 스위칭 파형의 특성이 오히러 나빠지는 성질을 보임을 알 수 있어 샌드위치 권선 법의 사용시에노 적절한 선택이 필요함을 보이고 있디I 또한 샌드위치 권신법 내에서의 권선 순서의 변화는 다른 측정 데이터에서는 거의 갇은 결과를 보이나 전자파 전도 노이즈의 겅우 I차 권선-2차 권선의 반복 권선 (P1-S1-P1-S1-P2)보다는 1차 권선”2차 권선T차 권선 (P1-S1-S1-P1- P2)의 경우가 더 좋은 득성을 보인다. 이상과 같은 실험을 퉁해 여러가지 샌드위치 권선범과 일반 권선법 중에서 1 ・ 2차 벙렬 샌드위치 권선법이 가장 좋은 특성을 보인을 알 수 있다.
모듈형 파워 서플라이를 게발하였다. 전기적 특성 및 안전규격에 데한 여러가지 실힘을 통해 개발된 SMPS가 의료기 관련 국제 규격인 IEC (International Electrotechnical Commission, 국제 전기기술 위원히) 601-W1 만족함을 확인하였다.
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