Design and Implementation of a Low-Noise SMPS for Distributed Control Systems

분산제어시스템을 위한 저잡음 SMPS의 설계 및 구현

In this paper, a new efficient SMPS has been designed and implemented. It can replace the existing product that is widely used in industry. To investigate the performance of the conventional SMPS, the output voltage changes due to variations in the input voltage and the load conditions, and the ripple and noise voltages have been measured and analyzed. As a result, it has been confirmed that the noise in the conventional SMPS is severe due to the deficiency of patterns for current. This is because the conventional SMPS draw out all outputs using one transformer and the alarm logic exists in the output path. To solve this problem, the switching frequency is increased from 17KHz to 70KHz and the current patterns are fully guaranteed by separating the alarm circuit and PWM circuit as a sub-board from the main board. Measurement results shows that the output noise of the designed SMPS decreases below 32% of the conventional SMPS noise for various test conditions, and both the line and load regulations are improved.

본 논문에서는 기존 산업분야에 사용되고 있는 제품을 대체 할 수 있는 효율적인 SMPS를 설계하고 구현하였다. 기존의 분산제어시스템에서 사용하고 있는 SMPS의 성능을 분석하기 위하여 입력전압 및 부하 변동에 따른 출력 값 변화, 리플전압과 잡음 전압의 최대값 등을 측정하고 분석하였다. 그 결과 기존의 SMPS는 스위칭 주파수가 17KHz로 가청잡음이 발생하며, 하나의 변압기로 전 출력을 인출하였고, 출력선로에 경보 로직 회로를 구성하고 있기 때문에 전류가 흐를 수 있는 동박면(Pattern)이 부족하고 잡음이 크게 발생하는 것을 확인하였다. 이런 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 스위칭 주파수를 70KHz로 높이고, 경보회로 부분과 PWM 제어회로 부분을 하위의 보드(Sub-board)로 처리하여 전류가 흐를 수 있는 동박면을 충분히 확보하였다. 그 결과 모든 설정 조건에서 기존의 SMPS보다 잡음이 32% 이하로 감소하며, 입력전압변동 및 부하변동 특성이 향상되는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다.