[논문]LED 조명기구의 EMI 디버깅 기술

김진사

doi:10.4313/jkem.2020.33.2.151

[국내논문] LED 조명기구의 EMI 디버깅 기술
EMI Debugging Technique of LED Lighting Module 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.33 no.2, 2020년, pp.151 - 154

김진사 (조선이공대학교 자동화시스템과)

Abstract ▼ AI-Helper

Radiation noise due to EMI noise generated by the driving circuits of LED lighting devices in a medical imaging room was reduced by decreasing the noise source in the driving circuits and changing the number of corrections in EMI filters. Noise attenuation and filter changes enabled driving circuits that reduced the electromagnetic waves. Such circuits were efficiently designed by using capacitors and inverters in a given space. Therefore, the malfunction of radiation devices can be minimized by using EMI-reduction filter circuits, and reliable operation of medical devices can be expected by blocking electromagnetic waves.

Keyword

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Electromagnetic compatibility.
그림 Fig. 2. Frequency characteristics of capacitor and inductor.
그림 Fig. 3. EMI noise measurement configuration.
그림 Fig. 4. CE test results.
표 Table 1. Measurement results before and after testing the CE filter.
그림 Fig. 5. RE test results.
표 Table 2. Measurement results before and after testing the RE filter.

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

따라서 본 논문에서는 LED 조명기기에서 발생되는 전자파의 원인을 알아보고 EMI 디버깅 기술을 이용하여 전자파 저감이 가능한 필터 개선 설계법을 제안하였으며 시뮬레이션과 실험 결과를 통하여 제안된 기법의 타당성을 확인하고자 한다.

제안 방법

LED 조명기구의 전자파 측정방법은 전계강도 측정기기(EMI TEST RECEVIER, EBIS 26)와 방사 잡음 측정용 안테나(biconical antennas), 전원안정화 장치인 LISN (line impedance stability network)를 가지고 실험하였다. LED 조명기구는 국내에서 개발된 11 W급 컨버터 내장형 LED 램프(Gwanju Intops, Korea)로 하였다.
LED 조명기구는 국내에서 개발된 11 W급 컨버터 내장형 LED 램프(Gwanju Intops, Korea)로 하였다. EMI 전도특성을 분석하기 위해서 그림 3에 나타낸 것처럼 노이즈원과 LISN 장비가 연결되어 차폐실 밖에 있는 spectrum analyzer를 통해서 분석하였다. LED 조명 구동회로의 1차 측 필터설계는 전자파 저감방법 중 가장 용이한 방법으로 LC 시정수값 선정과 필터 회로설계 방법에 따라 다양한 노이즈 파형특성을 구현하였다.
EMI 전도특성을 분석하기 위해서 그림 3에 나타낸 것처럼 노이즈원과 LISN 장비가 연결되어 차폐실 밖에 있는 spectrum analyzer를 통해서 분석하였다. LED 조명 구동회로의 1차 측 필터설계는 전자파 저감방법 중 가장 용이한 방법으로 LC 시정수값 선정과 필터 회로설계 방법에 따라 다양한 노이즈 파형특성을 구현하였다.
시료에 대한 전자파 측정(전도방해, CE)은 KSC0 262-6를 이용하여 측정값을 10 kHz ~ 10 MHz 대역에서 측정하였다. 전자파 감수성 레벨은 15 kHz 대역에서 전자파 전도 잡음이 나타났으며, PWM 신호 15 kHz에서 스위칭 노이즈 및 고조파 성분이 측정 주파수 전대역에서 발생함을 알 수 있었다.

이론/모형

시료에 대한 방사잡음 측정은 KSC0262-4를 이용하여 측정값을 2 MHz ~ 1 GHz 대역에서 측정하였다. 방사잡음 레벨은 전주파수 대역에 걸쳐 높게 나타났으며, 이는 기준 값에 비해 약 20 dB 정도가 초과되었다.

성능/효과

시료에 대한 전자파 측정(전도방해, CE)은 KSC0 262-6를 이용하여 측정값을 10 kHz ~ 10 MHz 대역에서 측정하였다. 전자파 감수성 레벨은 15 kHz 대역에서 전자파 전도 잡음이 나타났으며, PWM 신호 15 kHz에서 스위칭 노이즈 및 고조파 성분이 측정 주파수 전대역에서 발생함을 알 수 있었다. 노이즈 필터를 개선한 회로를 추가 구성한 후 재측정 결과 normal 판정을 받을 수 있음을 알 수 있었다.
전자파 감수성 레벨은 15 kHz 대역에서 전자파 전도 잡음이 나타났으며, PWM 신호 15 kHz에서 스위칭 노이즈 및 고조파 성분이 측정 주파수 전대역에서 발생함을 알 수 있었다. 노이즈 필터를 개선한 회로를 추가 구성한 후 재측정 결과 normal 판정을 받을 수 있음을 알 수 있었다.
시료에 대한 방사잡음 측정은 KSC0262-4를 이용하여 측정값을 2 MHz ~ 1 GHz 대역에서 측정하였다. 방사잡음 레벨은 전주파수 대역에 걸쳐 높게 나타났으며, 이는 기준 값에 비해 약 20 dB 정도가 초과되었다. 노이즈 필터를 개선한 회로를 추가 구성한 후 재측정 결과 Normal 판정을 받을 수 있었다.
LED 조명제품의 구동회로에서 EMI 방사 잡음의 디버깅은 구동회로 잡음원 저감과 EMI 노이즈 필터 개선을 통해 줄일 수 있었다. 디버깅 회로전 초기 노이즈 분석은 PWM 신호 15 kHz switching noise 및 고조파 성분이 측정 주파수 전대역에서 발생하여 CE와 RE 모두 동일한 노이즈가 발생하였지만 노이즈 필터회로를 개선한 후 고주파 대역과 저주파 대역에서 노이즈가 감소하는 현상이 나타남을 알 수 있었다.
LED 조명제품의 구동회로에서 EMI 방사 잡음의 디버깅은 구동회로 잡음원 저감과 EMI 노이즈 필터 개선을 통해 줄일 수 있었다. 디버깅 회로전 초기 노이즈 분석은 PWM 신호 15 kHz switching noise 및 고조파 성분이 측정 주파수 전대역에서 발생하여 CE와 RE 모두 동일한 노이즈가 발생하였지만 노이즈 필터회로를 개선한 후 고주파 대역과 저주파 대역에서 노이즈가 감소하는 현상이 나타남을 알 수 있었다. 이는 디버깅 완료 후에는 CE, RE에서 모두 만족할 만한 노이즈를 줄일 수 있음을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전자파란 무엇인가?	전자파(electromagnetic wave)는 전기장과 자기장의 두 가지 성분으로 구성된 파동으로 공간을 광속으로 전파하며 파장에 따라 전파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선 등으로 구분된다. 전파가 점유하는 주파수 범위를 전파 스펙트럼이라고 하고, 그 범위는 0.
	전자파 잡음이 야기할 수 있는 피해는?	또한 고기능성 및 고출력화가 필요한 LED 조명제품들은 특성상 밀집 공간에 다수의 부품과 고출력이 되도록 회로를 설계해야 하므로 LED 조명제품에서는 방열과 EMI 잡음 문제가 발생될 수 있다 [3,4]. 특히 고주파 환경설비가 많은 의료영상실 LED 조명기기가 설치되어 전자파 문제가 발생될 수 있다면 고가 방사선 기기의 오동작뿐만 아니라 환자들에게도 전자파 피해를 줄 수 있다.
	LED 조명제품에서 EMI 잡음 문제의 원인은?	LED 조명제품 설계에 있어 광효율 증가뿐만 아니라 방열문제의 개선에 따라 제품의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위해 전자파 잡음 저감의 중요성도 대두되고 있다. 또한 고기능성 및 고출력화가 필요한 LED 조명제품들은 특성상 밀집 공간에 다수의 부품과 고출력이 되도록 회로를 설계해야 하므로 LED 조명제품에서는 방열과 EMI 잡음 문제가 발생될 수 있다 [3,4]. 특히 고주파 환경설비가 많은 의료영상실 LED 조명기기가 설치되어 전자파 문제가 발생될 수 있다면 고가 방사선 기기의 오동작뿐만 아니라 환자들에게도 전자파 피해를 줄 수 있다.

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상세보기
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S. Ye, W. Eberle, and Y. F. Liu, IEEE Trans. Power Electron., 19, 1668 (2004). [DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2004.836629]

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