EMI 디버깅용 오실로스코프를 통한 파워 전자장치 개발 간소화

목표

Conducted emission 테스트는 스위칭 모드 전원공급장치의 각 설계 공정이 끝날 때 수행해야 하는 필수 측정입니다. 개발자는 제품을 시장에 출시하기 전에 해당 제품이 적용 가능한 표준을 준수하는지 검증해야 합니다. 전체적인 컴플라이언스 테스트를 수행하려면 테스트 챔버와 적합한 EMI 수신기가 필요합니다. 제품이 표준 제한 범위를 벗어날 경우 전원공급장치를 수정해야 할 수 있습니다. 그렇지 않을 경우 EMI 입력 필터와 같은 SMPS의 여러 부품과 PCB 디자인, 적절한 스위칭 주파수 선택과 같은 컨셉 결정에 상당한 영향을 미치기 때문에 시장 출시 기간에도 큰 영향을 미칠 수 있으며, 이로 인해 제품을 부분적으로 재설계해야 하는 경우가 종종 있습니다. 개발 초기 단계에서 Conducted emission 테스트를 수행하면 이러한 위험을 크게 줄일 수 있습니다. 사전 컴플라이언스 테스트의 경우 챔버가 꼭 필요하지는 않지만, 전원 공급 입력 및 출력 라인의 스펙트럼을 비교할 수 있는 방식으로 측정할 수 있는 기기가 필요한데, 해당 기기로는 스펙트럼 분석기와 오실로스코프가 있습니다.

T&M 솔루션

로데슈바르즈 오실로스코프는 주파수 구성요소의 크기를 측정할 수 있는 강력하고 사용법이 간편한 FFT 분석 기능을 제공합니다. 사용자는 동시에 시간 도메인 관련 신호를 볼 수 있으므로 원치 않는 스펙트럼 방출과 타임 도메인 이벤트와의 상관관계를 파악할 수 있습니다. 따라서 이러한 오실로스코프는 Power Electronics 설계 시 조기에 전도성 방출 테스트를 수행할 수 있는 강력한 독립형 기기입니다. 이러한 오실로스코프는 R&D 연구실에 설계 단계에서 사전 컴플라이언스 측정을 지원하기 위해 사용할 수 있는 EMI 수신기와 같은 전용 장비가 없는 경우에 특히 유용합니다.
조기에 EMI 컴플라이언스 테스트를 고려하면 개발 프로세스 완료 단계에서 컴플라이언스가 문제가 될 가능성이 별로 없습니다. 조기에 EMI 문제를 발견하면 비용이 절약될 뿐 아니라 수정도 쉽습니다. 오실로스코프는 일반적으로 하드웨어 개발 및 시스템 테스트 시 사용되는 주요 기기이므로 R&D에서 EMI 관련 테스트를 수행할 때 유용한 도구입니다.

테스트 셋업
전원공급장치의 전도성 방출을 측정하려면 테스트 대상 장치를 외부 전원공급장치에서 분리할 수 있는 라인 임피던스 안정화 회로망(LISN)이 필요합니다. 올바르게 매칭되도록 오실로스코프에서 50 Ohm 입력 임피던스를 활성화한 상태에서 동축 케이블을 사용하여 LISN의 동축 출력을 오실로스코프에 연결해야 합니다. 스펙트럼을 측정하려면 오실로스코프에서 다음 단계를 실행해야 합니다.

• FFT를 활성화하고 최소 및 최대 주파수와 분해능 대역폭을 구성합니다.
• 테스트 대상 장치에 전원이 공급될 때 입력 채널이 오버드라이브되지 않도록 시간 도메인 창에서 수직축 감도를 조정합니다.
• DUT의 전원을 꺼서 기준 측정을 수행합니다. 그러면 셋업의 바닥 노이즈와 이 노이즈가 DUT에서 오지 않았음을 알 수 있습니다.
• 전원을 다시 켜고 측정합니다. DUT의 알려진 Conducted emission 한계와 비교하여 검증합니다. LISN으로 인한 추가 감쇠를 고려합니다.

사례 연구 – EMI 필터의 효과
다음 2개의 스크린샷은 EMI 필터를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우 R&S®RTM3000 Oscilloscope를 사용해 수행한 전도성 방출 측정을 보여줍니다.

채널 1에 LISN과 연결된 측정된 시간 도메인 신호가 표시됩니다. LISN으로 인해 이 신호가 10 dB배만큼 감쇠되므로 측정 값과 방출 한계를 비교할 때 이를 고려해야 합니다. 하단 창에 전원공급장치 입력 단말의 스펙트럼이 dBuV로 표시됩니다. EMI 필터를 적용하지 않은 경우 DC/DC 컨버터의 입력에서 생성된 노이즈 스펙트럼이 선명하게 표시됩니다. 그에 반해서 EMI 필터를 적용해서 측정할 경우 입력 라인의 Conducted emission이 효과적으로 감쇠됩니다.
일부 주파수는 최대 30 dB의 감쇠가 표시됩니다.

저주파수 영역에서 방출을 검증하려면 사용자가 저 주파수에 초점을 맞춰 측정을 반복해야 합니다.

요약

로데슈바르즈 오실로스코프의 FFT 기능은 설계자가 전원공급장치의 Conducted emission을 디버깅할 수 있는 강력한 기능입니다. 오실로스코프는 전자장치 설계의 표준 측정 기기이므로 이를 사용해 개발 단계 초기에서 EMI도 평가하여 시간과 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 따라서 컴플라이언스 테스트가 실패한 후 제품을 근본적으로 다시 설계하지 않고도 EMI 컴플라이언스를 달성할 수 있습니다.