[논문]공통모드 초크의 간단한 고주파 모델링 기법

정현종; 윤석; 김유선; 배석; 임영석

doi:10.5515/kjkiees.2017.28.12.964

공통모드 초크의 간단한 고주파 모델링 기법
Method for High-Frequency Modeling of Common-Mode Choke 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.28 no.12, 2017년, pp.964 - 973

정현종 (전남대학교 전자컴퓨터공학부) , 윤석 (전남대학교 전자컴퓨터공학부) , 김유선 (LG 이노텍) , 배석 (LG 이노텍) , 임영석 (전남대학교 전자컴퓨터공학부)

초록
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본 연구는 공통모드 초크의 기생 성분이 공통모드와 차동모드에 미치는 영향을 광대역에서 분석하고, 간단한 고주파 모델링 방법을 제시한다. 공통모드와 차동모드의 2-port 회로망을 각각 구성하여 각 모드에서의 S-parameter를 Network Analyzer로 측정하였다. 측정 결과로부터 등가회로 소자를 추출하여 고주파 등가회로를 모델링하고, 측정치와 시뮬레이션 결과를 비교함으로써 타당성을 검증하였다. 이는 정확하고 예측 가능한 EMI 필터를 설계하는데 적용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we analyze the effects of parasitic components of common-mode choke on the common mode and differential mode in a wide band, and we propose a simple method for high-frequency modeling. Common mode and differential mode 2-port networks were configured and the S-parameters in each mode were measured using a network analyzer. Equivalent circuit elements were extracted from the measured results to model a high-frequency equivalent circuit, and the validity was verified by comparing the measured S-parameters with the simulation results.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 CMC를 공통모드와 차동모드 두 가지 모드로 S-parameter 측정을 통해 등가회로 소자를 추출하는 간단한 방법을 제시하였다.
본 논문에서는 대표적인 EMI filter의 소자인 CMC를 공통모드와 차동모드에서 S-parameter 측정을 통해 고주파 모델링 성분의 간단한 추출 방법을 제시하였고, 기생 성분이 각 모드에서 미치는 영향에 대해 분석하였다.

제안 방법

공통모드와 차동모드 각각의 2-port 회로를 구성하고, Network Analyzer 장비를 이용하여 S-parameter를 측정하였다. CMC의 주파수 특성으로 가장 중요한 요소는 자기 공진 주파수(Self Resonance Frequency: SRF)를 들 수 있다.
반면 공통모드의 SRF는 대략 720 kHz이고, Network Analyzer의 측정 주파수 범위가 300 kHz 이상이기 때문에 기생 캐패시턴스의 영향을 무시할 수 있을 정도로 충분히 낮은 주파수에서 측정했다고 보기 어렵다. 따라서 자기 인덕턴스 L_self의 경우, LCR Meter를 이용하여 측정하였다. 또한 차동모드의 인덕턴스 L_DM도 LCR Meter를 이용하여 측정하고, Network Analyzer의 측정 결과로부터 추출한 L_DM과 비교하였다.
또한 CMC의 측정 상에 발생할 수 있는 기생 캐패시터 성분들을 고려하고, 기생 캐패시터 성분들이 각 모드에 미치는 영향에 대해 분석하였다.
또한 차동모드의 인덕턴스 LDM도 LCR Meter를 이용하여 측정하고, Network Analyzer의 측정 결과로부터 추출한 LDM과 비교하였다.
본 논문에서는 Agilent사의 Network Analyzer E5071C를 이용하여 두 모델의 주파수 특성을 측정하였다.
본 논문에서는 대표적인 EMI filter의 소자인 CMC를 공통모드와 차동모드에서 S-parameter 측정을 통해 고주파 모델링 성분의 간단한 추출 방법을 제시하였고, 기생 성분이 각 모드에서 미치는 영향에 대해 분석하였다. 차동모드에서 코일의 결합 간에 발생하는 C_p와 공통모드에서 부유 캐패시턴스 C_g를 보상함으로써 공통모드 회로는 물론 차동모드 회로의 SRF와 S-parameter가 잘 일치하는 등가회로 모델링을 구하였다.

대상 데이터

측정에는 Sinstek사의 Autoranging LCR Meter M4070을 이용하였다.

데이터처리

CMC의 성분을 추출하기 위해 측정한 S-parameter로부터 식 (1)을 이용하여 입력임피던스를 계산하고 분석하였다.
또한 CMC의 측정 상에 발생할 수 있는 기생 캐패시터 성분들을 고려하고, 기생 캐패시터 성분들이 각 모드에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 각 모드에서 S-parameter의 측정치와 시뮬레이션 결과를 비교함으로써 제시한 고주파 모델링을 검증하였다.

성능/효과

두 모델의 차동 모드 특성은 측정치와 등가회로의 주파수 특성이 Magnitude는 물론 Phase도 매우 잘 일치함을 볼 수 있다. 공통모드의 경우 측정값이 매끄럽지 못하지 만, 측정치와 시뮬레이션 결과가 유사한 형태를 보이고 있다.
측정한 S-parameter로부터 유도한 각 모드의 입력 임피던스로부터 CMC의 등가 모델 파라메터를 추출하여 등가회로 모델의 S-parameter의 정합도를 향상시켰다.

후속연구

초크를 구성하는 코아 물질의 자화이력특성(magnetization hysterisys)으로 인하여 회로 구동 조건에 따라 투자율과 자성체 손실 등이 변화하므로, 이에 따른 회로 소자 값들의 변동이 있을 수 있다. 하지만 본 연구를 토대로, 다양한 구동 조건에 따른 CMC의 광대역 모델링이 이루어지면 측정 시간을 절약하고, 정확하고 예측 가능한 EMI 필터 설계에 활용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전도성 EMI는 어떻게 구분되는가?	전도성 EMI는 공통 모드(Common Mode: CM) 성분과 차동 모드(Differential Mode: DM) 성분으로 구분된다. 공통모드 초크(Common-Mode Choke: CMC)는 공통모드 노이즈를 제거하는데 가장 중요한 소자이며, 작은 누설 인덕턴스로 인해 고주파 차동모드 노이즈도 제거된다.
	공통모드 초크는 어떤 소자인가?	전도성 EMI는 공통 모드(Common Mode: CM) 성분과 차동 모드(Differential Mode: DM) 성분으로 구분된다. 공통모드 초크(Common-Mode Choke: CMC)는 공통모드 노이즈를 제거하는데 가장 중요한 소자이며, 작은 누설 인덕턴스로 인해 고주파 차동모드 노이즈도 제거된다. 이러한 성능들은 필터의 등가회로 모델에 포함되어 각 모드에서 삽입손실을 예측함으로써 필터를 설계하는데 시간과 비용을 절약할 수 있다.
	공통모드 초크의 장점은?	공통모드 초크(Common-Mode Choke: CMC)는 공통모드 노이즈를 제거하는데 가장 중요한 소자이며, 작은 누설 인덕턴스로 인해 고주파 차동모드 노이즈도 제거된다. 이러한 성능들은 필터의 등가회로 모델에 포함되어 각 모드에서 삽입손실을 예측함으로써 필터를 설계하는데 시간과 비용을 절약할 수 있다. 하지만 CMC는 고주파에서 많은 기생 성분으로 인해 모델링의 정확성이 떨어지고, 필터의 성능이 저하된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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