NEWS 1999년 6월

산켄전기,방사잡음이 적은 스위칭전원 개발

스위칭전원은 변환효율이 높고 소형, 경량화를 실현할 수 있는 등의 장점을 지니고 있다. 이 때문에 현재 PC나 가정용 전자기기에 많이 탑재되고 있다. 그러나 다른 한편으로 전도(傳導), 방사(放射) 잡음이 크다는 문제를 안고 있다. 발생한 전도, 방사 잡음은 전자기기 본체에 대해 오동작이나 S/N(신호대 잡음) 저하 등의 악영향을 미칠 우려가 있다.

이런 우려 때문에 의료용 전자기기나 전기측정기, 무선통신기 등에서는 여전히 상용 트랜스와 파워트랜지스터로 구성된 드로퍼방식 전원을 채용하는 경우가 많다. 그러나 이 드로퍼방식 전원은 발생하는 전도, 방사 잡음이 적지만 변환효율이 25∼30%로 극히 낮고 외형이 크면서 무겁다는 결점이 있다.

이런 상황에서 최근 일본의 산켄전기는 변환효율이 높고 소형, 경량화를 실현할 수 있는 장점을 그대로 지니면서 전도, 방사 잡음의 발생량을 드로퍼방식 전원보다도 낮춘 스위칭전원을 개발해 관심을 끌고 있다.

산켄전기의 새 스위칭전원에서 전원선을 거쳐 외부로 유출되는 전도 잡음은 국제무선장해특별위원회(CISPR)에서 정한 관련기준 「클라스A」 규격치에 비해 최대 40㏈ 정도 낮고, 방사전파 잡음도 CISPR의 「클라스B」를 최대 30㏈까지 밑도는 것으로 나타났다.

일반적으로 스위칭전원에서 전도, 방사 잡음의 발생원은 스위칭소자와 정류다이오드 두곳이다. 스위칭소자에서 발생하는 잡음은 작동시의 전압이나 전류의 과도적 변화에 의해 발생하는 고주파전류가 원인이다. 정류다이오드의 잡음은 주로 차단할 때 발생한다. 정류다이오드 회복시 전류가 변하면서 고주파전류가 생기기 때문이다.  따라서 스위칭전원의 전도, 방사 잡음을 낮추기 위해서는 스위칭소자나 정류다이오드에서 발생하는 고주파전류를 낮출 필요가 있다.

그러나 고주파전류의 발생을 완전 제로(0)로 할 수는 없다. 이 때문에 고주파전류 발생원을 개량하는 동시에 고주파전류의 경로를 차단하는 일이 중요하다. 발생해 버리면 고주파전류는 전원회로 안을 흐르고, 나아가 부유(浮遊)용량을 매개로 접지로 흘러가 전도, 방사 잡음의 원인으로 작용하기 때문이다.

산켄전기의 스위칭전원은 전도, 방사 잡음의 발생원을 개량하기 위해 SMZ(Soft-switched Multiresonant Zero-current-switch)방식의 전원회로를 탑재하고 있다. SMZ방식은 공진형 스위칭전원의 한 방식인 「소프트 스위칭」기술을 개량한 것이다.

일반적으로 공진형 스위칭전원은 스위칭소자에서 발생하는 전도, 방사 잡음이나 전력손실을 낮출 수 있다. 이 스위칭전원에서는 콘덴서 등의 공진현상을 이용해 스위칭전원이 작동했을 때 스위칭전류를 제로에서 출발시켜 스위칭소자가 차단될 때 다시 제로가 되도록 제어한다.  이렇게 하면 스위칭소자의 작동, 차단시에 스위칭전류가 거의 제로가 되기 때문에 스위칭전압과 중첩이 적어져 결과적으로 고주파전류나 전력손실이 줄어들게 된다.

그러나 공진형 스위칭전원은 공진파형을 이용하기 때문에 스위칭전압의 최대 수치가 높아지는 결점이 있다. 이에 따라 내압(耐壓)이 높은 스위칭소자가 필요하고, 비용도 상승하게 된다.

이 결점을 해결하기 위해 고안된 것이 「부분 공진형」으로도 불리는 소프트 스위칭 기술이다. 이 기술은 스위칭소자가 작동, 차단하는 짧은 시간에만 콘덴서 등에 의한 공진현상을 이용한 다. 이 짧은 기간 이외에는 저전압으로 된다. 따라서 종래의 공진형 스위칭전원에서처럼 내압이 높은 스위칭소자를 사용할 필요가 없다. 게다가 SMZ방식의 스위칭전원에는 정류다이오드에서 발생하는 전도, 방사잡음을 줄이는 효과도 있다. 정류다이오드에 흐르는 전류도 콘덴서 등에 의해 발생하는 공진파형이 되기 때문이다.

또 산켄전기의 SMZ방식 스위칭전원은 메인 스위칭소자에 파워 금속산화막반도체(MOS) 전계효과트랜지스터(FET)를 두개 사용하는 회로판을 채용하는 특징이 있다. 이른바 「하프 브리지형」으로 불리는 회로판이다.

스위칭소자를 두개 사용하는 하프브리지형은 하나의 스위칭소자를 채용하는 방식에 비해 비용이 상승하기 쉽다. 그러나 고주파전류가 중첩하는 배선의 전압은 절반 정도로 낮다는 특성을 갖고 있다. 이 특성으로 잡음을 발생시키는 고주파전류는 약 2분의 1로 낮출 수 있다.  게다가 파워 MOS FET의 스위칭전압은 파형 특성상 전도, 방사 잡음을 줄일 수 있는 성질을 본래 가지고 있다.

산켄전기의 전원스위칭은 전도, 방사 잡음 발생량이 적을 뿐 아니라 변환효율이 높다는 특징도 있다. 일반적인 스위칭전원에 비해 5% 정도 높은 88%를 달성하고 있다. 또한 전도, 방사 잡음이 낮은 스위칭전원에서는 증가하기 쉬운 누수전류를 0.18㎃로 낮췄다. 제조비용도 종전과 거의 같다. 산켄전기는 현재 이 신개발품을 샘플 출하중이고, 여름쯤 양산에 착수할 계획이다.