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Ground Plane레이어를 적용한 SMPS 특성분석
Analysis of SMPS Characteristics applying Ground Plane Layer 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.1, 2014년, pp.436 - 440  

박진홍 (혜전대학교 전자캐드과)

초록
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본 논문에서는 PCB Plane 레이어가 SMPS에 미치는 영향을 확인하기 위하여 일반적인 단면 PCB와 Plane을 갖는 양면 PCB를 이용한 SMPS의 출력특성을 각각 분석하였다. 그 이후 동일한 레이아웃을 갖는 PCB의 반대 면에 Ground Plane을 설치한 양면PCB를 이용하여 SMPS 기판을 작성하여 단면 PCB SMPS에 적용해서 분석한 모든 부품을 이동 실장한 후 두 SMPS의 출력특성을 전압, 전류, 고주파잡음 측면에서 비교 분석하였다. 그 결과 단면PCB의 SMPS는 100MHz대역의 고주파 잡음이 150mV인 반면, Ground Plane을 설치한 SMPS에서는 50mV로 1/3 저감되는 현상을 확인하였다. 그리고 고주파 잡음 성분 또한 감소됨을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

To verity the effect of PCB plane layer to the output characteristics of the Switched Mode Power Supply (SMPS), this paper compared with a generic one-layer PCB and a double-side PCB. This paper specially focused on the voltage, the current and the high frequency noise of the output characteristic o...

주제어

#No-plane   #PCB   #Plane   #SMPS  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • RLC미터를 이용하여 Ground Plane을 적용하지 않은 단면PCB(No-Plane)의 입출력 파라미터와 마이크로스트립구조로 제작한 양면PCB(Plane) SMPS의 입출력 파라미터를 비교한 결과는 다음과 같다.
  • 또한 Fig. 3의 배선 층 레이아웃 데이터를 전혀 변화없이 Component(Top)면으로 이동하고 Solder (Bottom)면에는 1차 측 Ground와 2차 측 Ground를 분리한 Plane 레이어를 설정하여 구성하였다.
  • 본 논문에서는 일반적으로 단면으로 설계하여 제작하는 SMPS의 출력신호 특성을 확인하였고, 단면PCB설계에 사용한 동일한 PCB 레이아웃을 적용한 상태에서 PCB의 반대 면에 Ground Plane을 설치하여 PCB를 제작한 후 단면 SMPS에서 사용한 모든 부품을 이동 실장한 후 동일한 조건에서 SMPS의 출력특성을 분석하여 비교하는 실험을 실시하였다.
  • 본 논문에서는 일반적으로 활용하는 단면PCB와 의 설계결과와 후면에 Ground Copper pour(Ground Plane층)를 적용하여 완성한 PCB의 스위칭 전원 특성을 비교 분석하기 위해 단면 PCB로 제작한 SMPS의 출력특성을 분석하는 한편 동일PCB레이아웃에 Ground Copper pour(Ground Plane층)를 적용한 양면 PCB로 완성된 PCB에 단면PCB SMPS에 활용한 모든 수동-능동소자를 이동한 후 스위칭에 따른 잡음 현상을 비교 분석하였다.
  • 본 실험은 단면 PCB와 양면PCB에 실장하여 실험한 부품이 서로 다를 경우 각 소자의 파라미터성분 차이에 따른 특성변화를 고려하여 단면 PCB SMPS특성 측정 후 모든 부품을 마이크로스트립 구조를 갖는 양면PCB에 재실장하여 동일한 조건에서 측정을 진행하였고 본 실험을 위하여 활용한 측정기기는 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SMPS에서 발생하는 문제는 일반적으로 어디에서 기인하는가? SMPS를 이용한 전력변환 기술은 AC/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC변환에서 널리 사용되고 있는데 일반 가전제품에 가장 많이 적용하고 있는 변환이 AC/DC이다. 이들 스위칭을 이용한 전력변환 장치인 SMPS에서 발생하는 문제는 주로 불안정한 스위칭 파형에 기인한다. 경우에 따라서는 파형 지터가 너무나도 확연하여 마그네틱 부품에서 가청잡음이 발생할 때도 있다.
SMPS를 이용한 전력변환 기술은 어떤 변환에서 사용중인가? SMPS를 이용한 전력변환 기술은 AC/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC변환에서 널리 사용되고 있는데 일반 가전제품에 가장 많이 적용하고 있는 변환이 AC/DC이다. 이들 스위칭을 이용한 전력변환 장치인 SMPS에서 발생하는 문제는 주로 불안정한 스위칭 파형에 기인한다.
SMPS가 다양한 분야에서 광범위하게 사용되는 것은 SMPS의 어떤 특징 때문인가? SMPS는 소형화, 경량화, 대용량이 요구되는 산업용 기기에서 많이 사용되고 있다. 일반적인 전원방식에 비해 용량의 한계를 높였으며 부피나 무게는 줄였다. 따라서 SMPS의 사용은 일반적인 기기에서부터 중대형의 기기 까지 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있다[1].
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참고문헌 (5)

  1. S.C. Baik, Y.H. Lee, "Study on the Healthy diagnosis using the PWM and Output Corrugation of SMPS", Conference on Korean Institute of Information Technology, pp26-29, 2006 

  2. J.H. Park, "Analysis of Power Transfer and Noise Characteristics for PCB Design of DC/DC Converter" Juournal of KAIS, Vol.10, No.2,pp.264-268, 2009 DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2009.10.2.264 

    원문보기 상세보기 crossref

  3. T.G.Kim, G.B. Chung, W.Y. Lee,"A utilization of PCB capacitor to reduce the output voltage ripple in Flyback SMPS", Conference on Power Electronics, pp.102-105, July, 2003 

  4. "Layout Guidelines fr Switching Power Supplies" Texas Instruments, Application Report, AN-1149, Oct. 1999 

  5. "EMC Specifications and PCB Guidelines for SMPS Devices",On Semiconductor, AND8301/D, May. 2009 

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