KR20150078133A - Emi필터 장치 및 그 동작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 EMI필터 장치 및 그 동작방법에 관한 것으로, 특히 일반적인 스위칭 소자를 이용한 컨버터나 인버터에서 발생되는 EMI를 저감할 수 있도록 한 능동 EMI 필터 장치 및 그 동작방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 부하에서 발생되는 전도성 EMI 노이즈중 CM 노이즈를 센싱하는 변압기; 상기 CM 노이즈 중 고주파를 제거한 후, 저주파의 위상과 크기를 보상하여 반전된 반전 CM 저주파 노이즈를 출력하는 연산증폭부; 및 상기 반전 CM 저주파 노이즈의 직류성분과 노이즈를 제거하여 획득되는 최초 CM 노이즈를 전력선(Line, Neutral)으로 주입하는 주입부를 포함하되, 상기 최초 CM 노이즈가 전력선 상에서 결합되어 EMI 노이즈가 상쇄되는 것을 특징으로 하는 EMI필터 장치 및 EMI필터 장치의 구동방법을 제공한다.

Description

EMI필터 장치 및 그 동작방법{EMI FILTER APPARATUS AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}
본 발명은 EMI필터 장치 및 그 동작방법에 관한 것으로, 특히 일반적인 스위칭 소자를 이용한 컨버터나 인버터에서 발생되는 EMI를 저감할 수 있도록 한 능동 EMI 필터 장치 및 그 동작방법에 관한 것이다.
일반적으로, 효율이 높은 전력변환장치인 스위칭 컨버터 혹은 인버터의 경우, 자체적으로 방사성 EMI노이즈와 전도성 EMI 노이즈가 발생한다.
이렇게 발생하는 EMI노이즈는 타기기의 오동작을 유발하며 사고로 이어질 수 있기 때문에 EMI필터는 각종 전력변환기기 뿐만 아니라 거의 모든 전자제품에 삽입되는 것으로, 이에 대한 종래의 EMI필터를 설명하도록 한다.
도 1은 종래의 수동 EMI필터 장치의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 전도성 EMI 노이즈는 DM(Differential Mode)와 CM(Common Mode) 노이즈로 나뉠 수 있다. 여기서, CM노이즈는 GND기준으로 Line과 Neutral에 같이 보이는 노이즈를 의미하고, DM노이즈는 Neutral 기준으로 Line에 보이는 노이즈를 의미한다.
이때 방사성으로 방출되는 원인이 되는 노이즈는 CM노이즈로서, 이러한 도 1의 수동 EMI필터는 CM 초크(인덕터)와 커패시터로 구성되어 있는 것으로, 저역통과필터(LPF)이다.
이러한 수동 EMI필터의 변압기의 1,2차측은 방점을 기준으로 서로 반대극성의 전류가 들어온다. 이에 변압기는 Line과 Neutral 사이의 인덕턴스는 0이 된다. 그라운드(GND)를 기준으로 Line과 Neutral에 동시에 같은 전압이 들어오면 Lcm1과 Lcm2의 합만큼 인덕턴스가 보이게 된다.
즉, CM노이즈의 관점으로 보면 변압기는 인덕터로 보이게 된다. 그 인덕터와 Cy 2개가 LC필터가 된다.
이러한 종래의 수동 EMI필터의 인덕터는 페라이트 성질의 자성체를 사용하며, 저주파수에서는 인덕터의 특성이 저하되는 문제점이 있다. 또한 수 Mhz 이상으로 올라가면 인덕터의 기생 커패시터에 의해 자기 공진을 하는 문제점도 있다.
따라서 수동소자로 인한 필터는 그 성능의 한계가 있으며, 이를 개선하기 위해 능동소자를 사용하여 특성을 개선할 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성을 감안하여 안출된 것으로, 일반적인 스위칭 소자를 이용한 컨버터나 인버터에서 발생되는 EMI를 저감할 수 있도록 한 EMI 필터 장치 및 그 동작방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 부하측에서 발생되는 EMI를 센싱해 전력선에 주입하여 EMI를 제거할 수 있도록 한 EMI 필터 장치 및 그 동작방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 능동소자를 사용하여 EMI필터의 성능 향상과 부피를 감소시킬 수 있도록 한 EMI 필터 장치 및 그 동작방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 EMI필터 장치는, 부하에서 발생되는 전도성 EMI 노이즈중 CM 노이즈를 센싱하는 변압기; 상기 CM 노이즈 중 고주파를 제거한 후, 저주파의 위상과 크기를 보상하여 반전된 반전 CM 저주파 노이즈를 출력하는 연산증폭부; 및 상기 반전 CM 저주파 노이즈의 직류성분과 노이즈를 제거하여 획득되는 최초 CM 노이즈를 전력선(Line, Neutral)으로 주입하는 주입부를 포함하되, 상기 최초 CM 노이즈가 전력선 상에서 결합되어 EMI 노이즈가 상쇄된다.
또한, 변압기는, 1,2차 권선외에 별도 권선을 하나 더 감아서 CM 노이즈가 전압형태로 3차 권선에 유도되게 구성된다.
또한, 변압기는, 1,2차 권선이 같은 방향으로 감겨있고, 3차 권선은 1,2차 권선의 턴수보다 높은 턴수로 구성된다.
또한, 연산증폭부는, CM 노이즈 중 고주파를 제거한 저주파를 반전 증폭하는 오피 엠프(OP AMP); 및 오피엠프를 통해 출력되는 CM 노이즈에 대해 저주파의 위상과 크기를 보상하여 반전 CM 저주파 노이즈를 출력하는 보상부를 포함한다.
또한, 보상된 위상의 오차에 의해 발생되는 EMI 상쇄 오차를 보정하는 오차 보정부를 더 포함한다.
본 발명의 다른 일면에 따른 EMI필터 장치의 구동방법은, 부하에서 발생되는 전도성 EMI 노이즈중 CM 노이즈를 센싱하고, 센싱된 CM 노이즈 중 고주파를 제거한 후, 저주파의 위상과 크기를 보상하여 반전된 반전 CM 저주파 노이즈를 획득하는 단계; 및 상기 반전 CM 저주파 노이즈의 직류성분과 노이즈를 제거하여 획득되는 최초 CM 노이즈를 전력선(Line, Neutral)으로 주입하여 최초 CM 노이즈가 전력선 상에서 결합되어 EMI 노이즈가 상쇄되는 단계를 포함한다.
또한, 저주파 노이즈를 획득하는 단계는, 1,2차 권선외에 3차권선이 구비된 변압기를 통해 3차 권선에 CM 노이즈를 전압형태로 센싱하는 단계를 포함한다.
또한, 변압기는, 1,2차 권선이 같은 방향으로 감겨있고, 3차 권선은 1,2차 권선의 턴수보다 높은 턴수로 구성된다.
또한, 보상된 위상의 오차에 의해 발생되는 EMI 상쇄 오차를 보정하는 단계를 더 포함한다.
전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 일반적인 스위칭 소자를 이용한 컨버터나 인버터에서 발생되는 EMI를 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한 부하측에서 발생되는 EMI를 센싱해 전력선에 주입하여 EMI를 제거하며, 능동소자를 사용하여 EMI필터의 성능 향상과 부피를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 수동 EMI필터 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 EMI필터 장치의 기본개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 EMI필터 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 EMI 필터장치의 구동방법을 보인 흐름도이다.
하기의 설명에서 본 발명의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.
본 발명은 부하측에서 발생되는 노이즈를 센싱해 와서 그것을 다시 입력단에 반전해서 더해줌으로써, EMI 노이즈를 상쇄시킬 수 있도록 하는 기술적 구성을 제안하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 EMI필터 장치의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 부하(LOAD)(EMI Source)(a)에서 발생되는 EMI 노이즈를 변압기(10a)를 이용해서 센싱한다(EMI Sensing). 이후, 센싱된 EMI 노이즈는 연산증폭부(20a)를 통해 고주파는 제거하고, 저주파의 EMI 노이즈의 위상과 크기를 조절하여 반전된 저주파의 EMI 노이즈를 주입부(30a)로 출력한다.
그러면, 주입부(30a)는 입력받은 저주파의 EMI 노이즈를 전력선 상에 주입하여 부하(a)에서 발생되는 EMI노이즈를 제거한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 EMI필터 장치의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 EMI필터장치(100)는 변압기(10), 연산 증폭부(20), 주입부(30) 및 오차 보정부(40) 등을 포함하여 구성된다.
우선, 변압기(10)는 부하(LOAD)(EMI Source)(a)에서 발생되는 전도성 EMI 노이즈중 CM 노이즈를 센싱한다. 변압기(10)는 1,2차 권선외에 별도의 3차 권선을 하나 더 감아서 CM 노이즈가 전압형태로 3차 권선에 유도되게 구성한다.
연산 증폭부(20)는 CM 노이즈 중 고주파를 제거한 후, 저주파의 위상과 크기를 보상하여 반전된 반전 CM 저주파 노이즈를 출력한다. 여기서 연산 증폭부(20)는 CM 노이즈 중 고주파를 제거한 저주파를 반전 증폭하는 오피 엠프(OP AMP)(21)와, 오피 엠프(21)를 통해 출력되는 CM 노이즈에 대해 저주파의 위상과 크기를 보상하여 반전 CM 저주파 노이즈를 출력하는 보상부(23)를 포함하여 구성된다.
주입부(30)는 반전 CM 저주파 노이즈의 직류성분과 노이즈를 제거하여 획득되는 최초 CM 노이즈를 전력선(Line, Neutral)으로 주입한다. 그러면 주입부(30)를 통해 전력선으로 주입된 최초 CM 노이즈가 전력선에 주입되어, EMI 노이즈가 상쇄되게 된다. 이에, EMI 노이즈가 제거될 수 있게 된다. 이때, 오차 보정부(40)는 보상된 위상의 오차에 의해 발생되는 EMI 상쇄 오차를 보정한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 EMI 필터장치의 구동방법을 보인 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 우선 부하(a)에서 발생되는 전도성 EMI 노이즈 중 CM 노이즈를 센싱하고(S401), 센싱된 CM 노이즈 중 고주파를 제거한 후, 저주파의 위상과 크기를 보상하여 반전된 반전 CM 저주파 노이즈를 획득한다(S403). 이때 401단계(S401)에서 CM 노이즈를 센싱하기 위해서 1,2차 권선외에 3차권선이 구비된 변압기를 통해 3차 권선에 CM 노이즈를 전압형태로 센싱한다.
여기서, 변압기는 1,2차 권선이 같은 방향으로 감겨있고, 3차 권선은 1,2차 권선의 턴수보다 높은 턴수로 구성되어야 한다.
이후, 반전 CM 저주파 노이즈의 직류성분과 노이즈를 제거하여 획득되는 최초 CM 노이즈를 전력선(Line, Neutral)으로 주입하여 최초 CM 노이즈가 전력선 상에서 결합되어 EMI 노이즈가 상쇄된다(S405).
상술한 보상된 위상에 오차가 발생되는 경우를 대비하여 위상 오차에 의해 발생되는 EMI 상쇄 오차를 보정하는 과정을 더 포함한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 변압기 20: 연산 증폭부
21: 오피 엠프 23: 보상부
30: 주입부 40: 오차 보정부
100: EMI필터장치

Claims (9)

  1. 부하에서 발생되는 전도성 EMI 노이즈중 CM 노이즈를 센싱하는 변압기;
    상기 CM 노이즈 중 고주파를 제거한 후, 저주파의 위상과 크기를 보상하여 반전된 반전 CM 저주파 노이즈를 출력하는 연산증폭부; 및
    상기 반전 CM 저주파 노이즈의 직류성분과 노이즈를 제거하여 획득되는 최초 CM 노이즈를 전력선(Line, Neutral)으로 주입하는 주입부를 포함하되,
    상기 최초 CM 노이즈가 전력선 상에서 결합되어 EMI 노이즈가 상쇄되는 것을 특징으로 하는 EMI필터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변압기는,
    1,2차 권선외에 별도 권선을 하나 더 감아서 CM 노이즈가 전압형태로 3차 권선에 유도되게 구성된 것을 특징으로 하는 EMI필터 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 변압기는,
    1,2차 권선이 같은 방향으로 감겨있고, 3차 권선은 1,2차 권선의 턴수보다 높은 턴수로 구성된 것을 특징으로 하는 EMI필터 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 연산증폭부는,
    CM 노이즈 중 고주파를 제거한 저주파를 반전 증폭하는 오피 엠프(OP AMP); 및
    상기 오피엠프를 통해 출력되는 CM 노이즈에 대해 저주파의 위상과 크기를 보상하여 상기 반전 CM 저주파 노이즈를 출력하는 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 EMI필터 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 보상된 위상의 오차에 의해 발생되는 EMI 상쇄 오차를 보정하는 오차 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EMI필터 장치.
  6. 부하에서 발생되는 전도성 EMI 노이즈중 CM 노이즈를 센싱하고, 센싱된 CM 노이즈 중 고주파를 제거한 후, 저주파의 위상과 크기를 보상하여 반전된 반전 CM 저주파 노이즈를 획득하는 단계; 및
    상기 반전 CM 저주파 노이즈의 직류성분과 노이즈를 제거하여 획득되는 최초 CM 노이즈를 전력선(Line, Neutral)으로 주입하여 최초 CM 노이즈가 전력선 상에서 결합되어 EMI 노이즈가 상쇄되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EMI필터장치의 동작 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 저주파 노이즈를 획득하는 단계는,
    1,2차 권선외에 3차권선이 구비된 변압기를 통해 3차 권선에 CM 노이즈를 전압형태로 센싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EMI필터 장치의 동작방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 변압기는,
    1,2차 권선이 같은 방향으로 감겨있고, 3차 권선은 1,2차 권선의 턴수보다 높은 턴수로 구성된 것을 특징으로 하는 EMI필터 장치의 동작방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 보상된 위상의 오차에 의해 발생되는 EMI 상쇄 오차를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 EMI필터 장치의 동작방법.
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