전원설계에서 ADI의 사일런트 스위처가 EMI의 도움이 되는 것으로 나타났다.

e4ds news는 14일 ‘EMI를 고려한 최적의 전원 설계 솔루션’을 주제로 EEWebinar를 진행했다. 이번 웨비나에서는 ANALOG DEVICES의 디어머드 캐리(Diarmuid Carey)가 ‘EMI를 최소화하면서 전원공급장치의 성능을 극대화하는 방법’이라는 제목으로 발표했다.

디어머드 캐리는 일반적으로 수백 kHz에서 수 MHz에 이르는 스위칭 주파수 사이클에 따라 출력 전압 리플로 나타나는 낮은 주파수 성분이 있고, 고주파수 고조파는 10MHz에서 200MHz 영역에서 매우 빠른 스위칭 전환으로 인해 발생한다며, 이는 5ns의 낮은 상승 시간을 만들어내고 스위치 노드는 0V에서 수V로 이동하고, 불과 몇 나노초만에 12V, 24V, 48V가 될 수 있기 때문에 많은 에너지가 발생한다고 밝혔다.

또한 이는 시간 도메인에도 나타나며 화면 상단의 파란색 플롯에 표시된 스위치 노드 링잉으로 나타나는 것을 볼 수 있고, 스위칭 전환이 노이즈 생선의 핵심인 것처럼 스위칭 주파수는 스위칭 전환 시간만큼 노이즈와 크게 관련되지 않은 경우가 많다고 언급했다.

더불어 빠른 스위칭 전환의 단점은 대부분 이전 슬라이드에서 본 것과 같이 트레이스 인덕턴스로 인한 노이즈 효과라고 볼 수 있지만, 고속 스위칭 전환도 큰 문제가 될 수 있으며 이 경우 이 전압 오프셋으로 인해 전원공급장치가 전혀 동작하지 않을 수도 있고 대부분의 경우에는 전원공급장치는 동작하지만 많은 EMI가 발생하게 된다고 전했다.

이에 전원공급장치 설계자는 이러한 애플리케이션에 최적화된 스위칭 레귤레이터를 선택하거나 게이트 드라이브의 저항기를 사용해 전환시간을 낮추는 등 전환시간 속도를 파악해 이를 개선할 수 있는 조정 작업을 수행할 수 있다고 조언했다.

또한 설계자가 제어할 수 있는 또 다른 항목은 보드 레이아웃을 최적화해 트레이스의 길이를 중리는 것이지만 이는 매우 까다롭고 쉽게 달성하기 어려운 작업으로 트레이스를 가능한 짧게 유지하는 것이 노이즈를 최소화하는 측면에서 가장 중요한 레이아웃 규칙이며, EMI와 노이즈를 상당히 줄이는데 도움이 된다고 말했다.

이와 함께 벅 레귤레이터에서 입력 커패시터의 접지를 프리휠링 다이오느 또는 로우 사이드 FET 접지와 매우 짧은 트레이스로 연결하는 것이 매우 중요하다고 언급했다.

EMI 감소를 위한 전통적인 방법으로 스위칭 드라이버의 스위칭 엣지 속도를 늦추거나 스위치에서 접지로의 간단한 RC 스너버를 사용해 보드에 풋프린트 여유공간을 남긴 다음 스위칭 속도를 낮추는 방안을 제시했다.

또한 일부 디바이스에서 제공되는 확산 스펙트럼 주파수 변조기능으로 이는 스위칭 주파수를 변조해 최대 방사성 방출을 줄이는데 도움을 준다며 에너지 레벨은 동일하지만, 변조된 스위칭으로 인해 주파수 피크 에너지가 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 평탄화 된다고 말했다.

덧붙여 필터를 내장한 디바이스가 있고, EMI를 포함한 특수 차폐 기능을 갖춘 독특한 디바이스도 있다고 언급했다.

마지막으로 효율 저하나 스위칭 주파수를 감소시키지 않고도 낮은 EMI를 제공하는 사일런트 스위처 솔루션이 있다고 밝혔다.

사일런트 스위처는 루프 크기를 제로로 만들 수는 없지만 반대 자극과 자기장을 가진 유사한 동일 루프를 만들어 이를 상쇄시킬 수 있다며 이는 서로 반대되는 자기장을 가진 두 개의 저전력 전류 플로우 경로를 생성해 서로 상쇄시킴으로써 방사성 방출 크기를 억제하는데 도움이 된다고 언급했다.

또한 사일런트 스위처를 사용하든 사용하지 않든 레이아웃은 모든 전원공급장치 설계의 중요한 부분이라며, 잘못 배치된 구성요소는 부정확한 레이어 스택업과 기생을 발생시킨다고 말했다.