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자동차 인포테인먼트 프로세서를 위한 20W 미만의 CISPR25 클래스 5 전력 설계

[TI 코리아] 운전자와 탑승자는 상시 접속 환경에서 전통적인 라디오나 휴먼 머신 인터페이스(HMI) 시스템을 통해 교통 상황과 잠재된 위험에 대한 실시간 정보를 확인할 수 있기를 기대한다. 동시에 상호 간섭 없이 GPS, 스마트폰, 태블릿과 같은 커넥티드 디바이스를 사용하고자 한다. 따라서 이러한 경우 커넥티드 디바이스는 전기/전자 시스템이 많이 밀집되어 있는 제한된 공간에서 발생하는 전자파 간섭(EMI)의 영향을 받지 않도록 주의를 기울여야 한다.

첨단 자동차 시스템을 개발하고자 하는 많은 주요 자동차 제조업체들에게 EMI 적합성는 중요한 과제이다. 제조업체들은 CISPR 25 클래스 5와 같은 매우 엄격한 표준을 준수해야 하며, 많은 부분에서 표준을 충족하지 못할 경우 판매가 불가능할 수 있다.

대체로 시스템에서 EMI 측정 레벨은 설계 및 검증 후반 단계에서 개발자의 주목을 받는다. 다수의 경우에서 개발자들은 모든 부품을 선택하고 개별적으로 검증을 거친 다음 보드를 조립할 때 EMI 문제를 발견한다. 최근 첨단 자동차 시스템에는 탑재되는 스위칭 레귤레이터의 수가 상당히 증가했기 때문에 이 지점에서 EMI의 정확한 소스를 찾아내기는 매우 어렵다. 이러한 이유로 레퍼런스 디자인 보드를 이용한 EMI 테스트 결과는 개발자가 PCB 보드에 조립된 다양한 부품들이 상호간에 어떻게 작용하는지 직접적으로 알아보는 데 매우 유용하다.

예를 들어, 자동차 인포테인먼트 시스템의 설계 후반부에 발견하게 되는 EMI 문제를 방지하기 위해 TI는 자동차 인포테인먼트 프로세서 전력을 위한 17W 시스템 레벨 전원 레퍼런스 디자인을 개발했다. 이 오프 배터리(off-battery) 시스템은 인포테인먼트 및 클러스터 시스템에 사용되는 자동차 프로세서에 전력을 공급하기 위해 국제무선장애특별위원회(CISPR, Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques) 25 클래스 5 EMI 제한을 준수하도록 최적화되었다. 그림 1은 자동차 인포테인먼트 프로세서를 위한 일반적인 전력 아키텍처이다.

이 레퍼런스 디자인은 다음의 4가지 주요 블록으로 구성된다.
1)LM74610-Q1 스마트 다이오드는 포지티브 및 네거티브 펄스를 견디는 프론트 엔트 보호 (ISO 7630), 역 배터리 보호, 배터리 차단 스위치 및 과전압 보호(OVP) 기능을 내장하고 있다.
2)공통 모드 및 차동 필터는 전도성 EMI를 억제한다.
3)LM53635-Q1는 2.1MHz, 완전 동기식, 3.5A DC/DC 컨버터로 배터리 전압을 5V 레일로 변환한다. 이 디바이스는 오토모티브 인증을 획득한 웨터블 플랭크 FCOL(flip-chip on-lead) 패키지로 제공되며 스위치 노드 링잉을 최소화한다. 이 DC/DC 컨버터는 확산 스펙트럼 옵션을 사용하여 낮은 EMI 특성을 갖는다.
4)TI의 TPS57112-Q1, TPS57114-Q1 및 LM26420-Q1과 같은 다운스트림 POL(point-of-load) 벅 컨버터는 전력 처리를 위한 낮은 입력 전압 레일을 제공한다. 또한 페라이트 비드(ferrite bead)를 사용하여 다운스트림 전력 레일에서 고주파수 잡음을 제거한다.

그림 1: 자동차 인포테인먼트 프로세서를 위한 일반적인 전력 아키텍처
그림 1: 자동차 인포테인먼트 프로세서를 위한 일반적인 전력 아키텍처

레퍼런스 디자인은 CISPR 25 클래스 5 전도성 EMI 제한 테스트를 성공적으로 통과하였다. 그림 2는 전체 부하로 모든 DC/DC 스위칭 레귤레이터를 사용하여 최대 30MHz의 전도성 방사에 대한 테스트 결과(피크 및 평균 검출)를 보여준다.

그림 2: 30MHz 미만의 주파수 범위에서 전도성 EMI 결과
그림 2: 30MHz 미만의 주파수 범위에서 전도성 EMI 결과

그림 3은 동일한 조건에서 30MHz ~ 108MHz의 전도성 방사에 대한 테스트 결과를 보여준다.

그림 3: 30MHz ~ 108MHz 주파수 범위에서 전도성 EMI 결과
그림 3: 30MHz ~ 108MHz 주파수 범위에서 전도성 EMI 결과

레퍼런스 디자인은 개발자가 설계 사이클 초반에 EMI 결과를 검토하고 발생 가능한 간섭 문제를 식별할 수 있는 유용한 도구이다. 레퍼런스 디자인 보드에서 전도성 EMI를 측정하면 보다 쉽게 잡음의 경향을 파악하고 최종 제품 설계 단계에서 나타나는 적합성 문제를 조기에 찾아낼 수 있다.

추가 정보
자동차 인포테인먼트 프로세서 전력을 위한 17W 시스템 레벨 전원 레퍼런스 디자인 다운로드(클릭)
TI의 자동차 애플리케이션을 위한 전력 제품에 대한 보다 자세한 내용보기(클릭)

 




pemag
파워일렉트로닉스 매거진 에디터입니다.
http://powerelectronics.co.kr

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