설계에서 신호와 전원 분리에 관한 일반적인 질문

한국 기술 지원 포럼 기술 조언
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설계에서 신호와 전원 분리에 관한 몇 가지 일반적인 질문과 그 답변을 공유하고자 합니다.

Q1: 디지털 절연기에서 전원을 분리하는 이유는 무엇인가요?

디지털 절연기의 내부 구조는 아래 그림과 같이 고전압 절연 유전체 장벽을 사이에 두고 분리된 리드 프레임 위 두 개의 독립된 디지털 집적 회로(IC)로 구성됩니다.

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그림 1: 분리된 리드 프레임을 포함하며 독립된 1차 및 2차 전원 공급을 필요로 하는 디지털 절연기의 내부 구조

각 IC는 소자의 1차 및 2차 측 모두에 대해 물리적으로 연결되지 않은 독립된 전원 공급 및 접지를 필요로 합니다. 이 요구사항은 소자의 기본 또는 강화 절연 지원 여부와는 무관하며, 디지털 절연기 뿐만 아니라 인터페이스가 통합된 절연 소자에도 적용됩니다.

Q2: 디지털 절연기의 전원 요구사항은 어떻게 되나요?

디지털 절연기 솔루션의 전원 토폴로지를 선택하기 전에, 입력 전압 범위, 출력 전압, 2차 측에 필요한 출력 전력 및 출력 레일 수를 포함해 전원 공급 장치의 기본적인 전원 요구사항을 결정하는 것이 중요합니다. 비절연 전원 솔루션과 비교하여 절연 전원 솔루션에 필요한 추가 고려사항에는 시스템의 ESD 및 EMI와 같은 전자파 적합성 요구사항과 함께 시스템 절연 정격과 요구되는 연면 거리 및 공간 거리가 있습니다. 산업 표준에서 이러한 요구사항 대부분을 정의하고 있습니다.

디지털 절연기의 입력 및 출력 신호 전압은 종종 전원 공급 전압에 따라 달라지며, 일반적으로 2차 측의 공급 전압(VCC)과 직접적인 관계가 있습니다. 공급 입력 및 출력 요구사항을 확정하기 전에, 전원 공급 요구사항에 대해 디지털 절연기의 규격서를 꼼꼼히 검토하는 것이 좋습니다. 인터페이스하는 부품의 논리 레벨에 맞게 디지털 절연기를 최적화하는 것도 좋은 방법입니다. 예를 들어 마이크로컨트롤러와 인터페이스하는 디지털 절연기에 5V 전원을 공급할 경우, 2차 측에는 5V 또는 이에 가까운 전압으로 동작하는 신호를 선택합니다.

Q3: 절연 전원에 2차 측 전원이 동작하나요?

경우에 따라, 1차 및 2차 측 전원용으로 독립된 전원 공급 레일 두 개가 시스템 내에서 사용 가능할 수도 있습니다. 단, 절연기 논리의 최소 요구사항을 충족한다면 가능합니다. 여기에는 입력 및 출력 신호 레벨에 맞고 서로 독립된 접지를 제공하는 전원 공급 전압 레벨이 포함됩니다. 현재 사용중인 2차 전원의 사용을 선택할 수 있지만, 잡음 커플링과 전원 레귤레이션이 종종 문제가 됩니다. 설계자들은 종종 논리 및 시스템 소음 성능에 최적화된 절연 전원의 설계를 선택합니다.

Q4: 공급 전원을 분리하는 데 사용할 수 있는 솔루션에는 무엇이 있을까요?

디지털적으로 분리된 회로를 위한 절연 전원 공급 장치를 설계할 경우 많은 옵션을 사용할 수 있습니다. 디지털 절연기의 전원 솔루션에는 플라이백, H-bridge 인덕터-인덕터-커패시터(LLC), 푸시-풀 그리고 데이터와 전원이 분리되어 통합된 솔루션이 포함됩니다.

전원이 포함된 디지털 절연기인 ISOW774X, 전원이 포함된 절연 RS-485 트랜시버인 ISOW14X2 그리고 전원이 포함된 절연 CAN 트랜시버인 ISOW1044와 같은 데이터와 전원이 분리되어 통합된 솔루션은 통합된 DC/DC 컨버터가 특징입니다. 이러한 소자들은 개별 부품으로 설계된 대안보다 훨씬 작은 크기의 솔루션으로 CISPR(Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques, 국제 무선 장해 특별 위원회) 32 클래스 B 제한을 만족하도록 설계되었습니다.

보드에서 변압기를 없앨 수 있고, 보드 크기를 줄일 수 있으며 인증의 용이성이 향상되는 이점은 가능한 최소한의 풋프린트로 고성능 설계를 달성하기 위해 트레이드 오프할 가치가 있는 것으로 여겨집니다. 따라서 경우에 따라 개별 부품 솔루션이 더 높은 효율과 더 낮은 방사를 제공할 수 있지만 공간 절약과 인증 간소화의 이점은 궁극적으로 시장 출시 시간을 단축할 수 있습니다.

설계에서 신호와 전원을 분리하는 것에 대한 보다 자세한 내용은 아래 게시글을 확인해 보시기 바랍니다:



영문 원본: Common Questions for isolating signal and power in a design