PCB 구성, 전원공급장치 설계 성공 여부 좌우
높은 스위칭 주파수, EMI 원인이나 낮추기 힘들어
필터, 차폐 외에 EMI 대응 패키징 제품 활용 유용


PCB 배열구성은 전원공급장치 설계의 성공 여부를 결정한다고 해도 과언이 아니다. 전자기 간섭(EMI)과 열적 기능을 설정하기 때문이다. 스위칭 전원공급장치 배열구성은 설계 과정에서 꽤 늦은 시점까지 간과되는 경우가 많다. 따라서 검증된 EMI 저감 조치를 사용하면 안정적인 전원공급장치를 보장할 수 있다.

아나로그월드는 26일, e4ds EE 웨비나로 최근 전장품 분야에서 화제로 떠오른 EMI 저감 문제와 방안에 대해 논의했다. 이날 웨비나의 발표자인 아나로그디바이스(ADI) 전력 제품 마케팅 디렉터, 토니 암스트롱(Tony Armstrong)은 전자제품 전자파 국제 기준 ‘CISPR’ 규격에 맞는 제품을 설계하는 방안을 소개했다.

EMI는 높은 di/dt 루프에서 시작한다. di/dt 루프가 높으면 전원선과 부하선이 높은 AC 전류를 가진다. 따라서 AC 전류 입출력 커패시터를 분석해야 한다. 분석 후엔 높은 di/dt 루프 영역을 없애거나, 제로 임피던스 커패시터를 사용해야 한다. 두 방법 간 최적의 절충안은 개발자 스스로가 찾아내야 한다.

전원회로에서 고주파 노이즈는 주로 기생 저항, 인덕터, 커패시터를 통해 커플링된 스위칭 전이 때문에 발생한다. 고주파 스위칭 노이즈를 줄이려면 어떻게 해야 할까. 전통적인 방법으론 MOSFET 스위치 에지를 늦추는 것이 있다.

내부 스위치 드라이버를 느리게 하거나, 외부에 스위치 드라이버를 추가하면 된다. 그러나 이 방법은 스위칭 손실을 높여 컨버터 효율을 낮출 수 있다. 특히 스위처가 2MHz 같은 높은 스위칭 주파수에서 동작할수록 그 가능성이 커진다.

높은 스위칭 주파수를 사용하면 작은 크기의 인덕터나 커패시터 등을 사용할 수 있고, 차량에서 AM 라디오 대역의 노이즈를 차단할 수 있다는 이점 탓에 함부로 낮출 수 없다. 스위칭 주파수 조정 대신 필터를 추가하거나 차폐 방안을 고려할 수는 있지만, 이는 부품 비용과 회로 가격의 상승을 불러온다.

그 외의 방안으로 확산 스펙트럼 주파수 변조 추가를 고려할 수도 있다. 위의 절충안을 고려하지 않아도 되도록 고효율, 높은 스위칭 주파수, 낮은 EMI 특성을 지닌 부품을 처음부터 채택하면 보다 수월한 PCB 전원회로 설계가 가능하다.

암스트롱 디렉터는 이를 위한, 스위치 에지를 늦출 필요가 없는 ‘ADI 사일런트 스위처(Silent Switcher®)’ ‘LT8610, LT8614’ 스텝다운 제품군을 소개하며 특장점을 강조했다. 이들 제품은 패키징 과정에서 특허받은 ADI 기술을 활용하여 인풋 노이즈를 상쇄하며, 차량같이 주파수 제약적인 환경에 적용하기 적합하다.