Class X 및 Class Y 안전 캐패시터 사용 방법

격리된 전원 공급 장치는 전력 도메인을 분리하기 위해 의도적으로 다른 접지 네트를 사용합니다. 이는 부분적으로 안전을 위해, 부분적으로는 EMC를 위해 수행되지만, 특정 산업 표준에서는 두 영역이 어느 정도 관련이 있습니다. 이러한 시스템에서 노이즈를 제어하기 위해, 우리는 EMI 필터링의 일부로 몇 가지 중요한 기술을 사용합니다. 이 기술 중 하나는 소위 안전 커패시터, 즉 Class X 및 Class Y 커패시터의 사용입니다.

이 커패시터들은 특별하거나 독특하지 않습니다. 디커플링 커패시터처럼, “안전”이라는 용어는 커패시터의 특정 유형이 아니라 커패시터의 기능과 배치를 나타냅니다. 이 글에서 제 목표는 여러분이 이러한 커패시터의 사용에 대해 전문가가 되도록 하는 것입니다. 자세히 알아보겠습니다.

안전 커패시터가 배치되는 위치

격리된 전원 공급 장치에서, 안전 커패시터는 주로 두 곳에 배치됩니다:

• 입력 라인 전압에 대한 필터링 요소로서
• 전기적으로 격리된 접지 사이의 네트 연결로서

첫 번째 경우, Class X 및 Class Y 커패시터는 전원 공급 장치의 전면에 있는 EMI 필터 회로에 배치됩니다. 이는 입력 전원 케이블에 있는 페라이트 초크 뿐만 아니라 EMI 필터링 단계에서의 공통 모드 또는 차동 모드 초크에 추가될 수 있습니다.

더 나아가기 전에, 몇 가지 정의를 명확히 해두겠습니다. class X 및 class Y 커패시터는 IEC 60384-14 표준에 명시된 AC 전압 등급에 의해 정의됩니다. 이 표준은 성능 기반 표준이므로, 이러한 요구 사항을 충족하는 모든 커패시터는 아래 표에서 관련 X 또는 Y 분류를 받을 자격이 있습니다.

이 커패시터를 선택할 때 주요 고려 사항은 목표 피크 전압 값을 견딜 수 있는지 여부입니다. Class Y 커패시터의 경우, AC 전압 진폭도 고려 사항입니다. 이러한 점을 바탕으로, 이제 입력 필터링의 일부로 이들이 배치되어야 하는 위치를 알 수 있습니다.

격리된 전원 공급 장치에서의 배치

절연 전원 공급 장치에서는 특정 유형의 노이즈를 처리하기 위해 Class X 및 Class Y 커패시터가 배치됩니다. Class Y 커패시터는 공통 접지점을 사용하여 공통 모드 노이즈를 처리하는 데 사용됩니다. 예를 들어, AC 입력에서 DC 전원 공급 장치로 사용될 때, 아래와 같이 라인과 중립 연결의 각각에 하나의 Class Y 커패시터가 지구로 사용됩니다. 같은 유형의 지구 연결은 브리지 정류기 후에도 사용될 수 있지만, 이는 매우 드뭅니다.

Class X 커패시터는 동일한 방식으로 차동 모드 노이즈를 필터링하는 데 사용되지만, 라인과 중립에 걸쳐 연결됩니다. 이러한 커패시터도 아래에 표시됩니다.

이러한 커패시터 중 하나를 사용하는 다른 경우는 절연된 전원 공급 장치에서 두 개의 갈바닉 절연된 접지를 연결하는 것입니다. 일반적으로 이를 위해 Class Y 안전 커패시터가 권장되지만, Class X 안전 커패시터도 사용될 수 있습니다. 여기서의 아이디어는 연결이 필요에 따라 접지 사이에 고주파 노이즈 전류를 통과시키는 것이지, PCB에서 에너지를 방사하도록 허용하는 것이 아닙니다.

이 연결에 대한 커패시턴스 요구 사항은 안전 커패시터의 값이 기생 와인딩 커패시턴스보다 훨씬 커야 한다는 것입니다. 이는 일반적으로 시스템의 1차 측으로 바이패스해야 하는 주파수 범위에 따라 1 nF에서 1 uF까지의 Class Y 커패시터가 작동한다는 것을 의미합니다. 이 접지 네트워크 연결은 아래에 표시됩니다. 브리지 정류기의 출력 측에서 PGND가 정의된 위치에 주목하세요.

PGND가 할당된 위치에 주목하세요: 브리지 정류기 이후입니다! 이는 우리가 2200 pF 커패시터로 두 DC 접지를 연결하고 있기 때문에 매우 중요합니다. 중립에 연결했다면, 2200 pF 커패시터에 높은 AC 전압이 부착되어 커패시터가 파괴될 수 있습니다.

Class X 및 Class Y 커패시터 예시

IEC 60384-14 성능 요구 사항을 충족할 수 있는 몇 가지 예시 커패시터가 아래에 표시됩니다. 이러한 부품들은 Octopart에서 쉽게 찾을 수 있습니다; 최상의 전략은 예상되는 AC 전압 보호 요구 사항(클래스 Y용) 또는 펄스 요구 사항(클래스 X용)을 기반으로 검색을 시작하는 것입니다. 몇 가지 Class Y 커패시터 예시가 표에 표시됩니다.

혼합 신호 PCB에서 분할 접지는 어떨까요?

우선, 새로운 디자이너들에게 가장 중요한 조언을 해드리겠습니다:

아날로그와 디지털 평면을 분리하는 것을 멈추세요. 해결보다 더 많은 문제를 만들게 됩니다.

평면을 분리할 때 발생하는 EMI 문제를 해결하기 위해 저와 같은 사람을 고용해야 할 것이기 때문에 계속해서 그렇게 하라고 말해야 할지도 모릅니다. 다행히도, 저는 제 지갑보다 여러분의 지갑을 더 신경 씁니다.

분리된 ASICs 같은 격리된 ADC가 포함된 격리된 전원 공급 장치와 보드는 매우 특정한 이유로 이러한 분리를 포함합니다. 그렇다고 해서 ADC와 MCU가 포함된 혼합 신호 보드에서 같은 일을 해야 한다는 의미는 아닙니다. 단일 접지 평면을 사용하는 것이 더 낫습니다.

그렇다고 해도, 낮은 SNR 값을 가진 정밀 저주파 측정에서 때때로 두 접지 사이에 안전 캡이나 페라이트를 사용한 분리 평면이 더 잘 작동하는 매우 특정한 경우가 있습니다. 그런 경우에도 여전히 커패시터나 페라이트(또는 둘 다)를 사용하여 반환 경로와 노이즈 전류를 제어할 수 있습니다. 이것을 어떻게 또는 왜 해야 하는지 모른다면, 하지 마세요.

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