EMI 과제 해결

엔지니어는 PFC 인덕터를 두 가지 요소로 나누어 EMI 필터 설계 과제를 해결할 수 있습니다. 하나는 높은 인덕턴스 인덕터(L_g)가 AC 소스에 연결되고 낮은 인덕턴스 인덕터(L_b)가 커패시터와 직렬로 연결되고 그림 13에 표시된 것처럼 전력계에 병렬로 배치되어 있습니다. 인덕터 분할의 아이디어는 큰 AC 리플 전류가 직렬 인덕터와 커패시터(낮은 총 임피던스)를 통과하도록 하고 L_b(높은 임피던스) 및 AC 소스에서 전류 리플을 최소화할 수 있도록 하는 것입니다. 따라서 차동 모드 잡음이 낮기 때문에 EMI 필터 설계가 더욱 쉬워집니다.

수정된 소프트 스위칭 CRM PFC를 사용하면 EMI 필터 설계 문제를 해결할 수 있지만, CRM PFC 자체에는 소프트 스위칭을 보장하기 위해 PFC 활성 스위치 시동 타이밍을 결정하기 위한 추가 센서 및 제어 작업이 필요합니다. 한 가지 옵션은 전류 변압기와 같은 전류 감지 장치를 추가하여 제로 전류 지점을 감지하는 것입니다. 이를 통해 FET C_oss를 기반으로 활성 FET 턴온 타이밍을 계산할 수 있습니다. 감지 및 제어 시스템과 부품 허용 오차의 전파 지연으로 인해 활성 FET 턴온 타이밍 오류가 발생합니다. 이 제어 체계에는 사이클별 감지 및 제어가 필요하기 때문에 MCU 리소스 사용량이 더 많을 것으로 예상해야 합니다.

대체 방법은 PFC 인덕턴스 및 FET C_oss와 함께 입력 및 출력 전압 감지 결과를 기반으로 필요한 FET의 온/오프 시간을 계산하는것입니다. 그런 다음 FET 드레인-소스 전압 감지를 사용하여 소프트 스위칭을 달성했는지 확인할 수 있습니다. 게이트 신호가 높아지기 전에 드레인-소스 전압이 음으로 변하지 않으면 FET가 하드 스위칭 상태에 있음을 의미합니다.

그림 13에 나와 있는 FET를 예로 들어보겠습니다. 여기서 HFFET_HS 온타임이 연장되면 더 많은 음극 전류가 HFFET_LS C_oss를 방전하여 소프트 스위칭을 달성할 수 있습니다. 게이트 신호가 높아지기 전에 드레인-소스 전압이 음으로 변하면 FET가 이미 소프트 스위칭 상태에 있음을 의미합니다. HFFET_HS의 온타임을 줄이면 제곱평균제곱근 전류가 최소화되어 효율성이 향상됩니다. 따라서 FET 온 타임은 더 이상 모든 사이클마다 업데이트되지 않지만 소프트 스위칭이 발생하지 않을 때만 조정되어 MCU 리소스 사용에 많은 영향을 미칩니다.

필요한 소프트 스위칭 감지 회로를 FET에 통합하면 시스템을 더 간소화할 수 있습니다. 그림 5에서 보듯이 LMG3526R030 장치는 GaN FET, 드라이버, 보호 및 FET 드레인 투 소스 전압 감지를 하나의 패키지로 통합합니다. GaN FET가 채널 전도 전에 3사분면 전도 상태에 있을 때마다 LMG3526R030은 소프트 스위칭을 표시하기 위해 제로 전압 감지 펄스를 보냅니다.

그림 14에서는 3사분면 전도가 있는 경우와 없는 경우의 LMG3526R030 파형 예를 보여줍니다.

LMG3526R030의 제로 전압 감지 기능을 사용하여 가변 주파수, ZVS, 5kW, GaN 기반, 2상 토템 폴 PFC 레퍼런스 설계는 부품, 토폴로지 및 제어 시스템 혁신을 결합하여 99.1% 이상의 피크 효율성을 입증했습니다.