기술의 뉴 프론티어/핵심 부품

노이즈의 원리 및 노이즈필터의 기능과 대책

디노의 회로 지도 2020. 5. 29.

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노이즈 필터

정의 및 개요

NOISE 란 ?

SYSTEM을 방해하는 모든 전기 전자적인 요인을 말한다

전기 전자 기기에 전류가 유입시 전류 주위에 전계와 자계가 유도되고

전위차에 의해 공간이 생긴 전계는 시간적으로 변화하면서 주위에 자계가 발생한다.

기기가 의도와 상관없이 전류가 흘러 불필요한 에너지인 전자파 노이즈가 발생한다

발생된 노이즈는 전달경로를 통해 다른 기기에 전달되면 성능저하 & 오작동의 원인이 된다

노이즈 필터의 사용목적

기계장치의 입출력에 노이즈필터를 사용하여 외부로부터 유입되거나 외부로 유출되는

전도 NOISE 또는 IMULSE를 막아 전선으로 흐르는 전도NOISE를 감소시키며

도체에서 방사는 복사 NOISE를 감쇄시켜 자체적인 에러의 발생과 인접 거리에 끼치는 피해를

줄이는데 있다

간단히 요약하자면

고주파 신호를 제거할 목적으로 사용하는 것을 노이즈 필터라고 한다.

불규칙적인 고주파 신호가 부하에 전해지면 안좋은 영향을 미치기 때문이다

1)입력용 FILTER

일반적으로 스위칭 기능을 통해 전원을 변환하는 장치 또는 디지털 장비는

자체의 기능으로 인해 EMI(Electromagnetic Interference)NOISE를 발생시킨다.

이때 발생된 NOISE는 전윈의 입/출력선을 통해 타고 외부로 유출되게 된다.

이 NOISE는 동일한 입력전압을 사용하거나, 출력을 이용하는 다른 전자기기로 유입 된 다.

만일 전자기기의 NOISE 내성이 유입되는 NOISE의 크기보다 작을 경우

전자기기는 오동작을 일으키거나 정지를 할 경우가 있다.

따라서 주변의 전자기기를 EMI로부터 보호하기 위하여 전원을 변환하는 장치 또는 디지털 장비로부터

유출되는 EMI를 제한하지 않으면 않된다.

이를 위하여 입력용 NOISE FILTER를 전원장치 등의 입력에

장치하여 전원쪽으로 유출되는 EMI의 크기를 줄여준다.

2)출력용 FILTER

스위칭 기능을 통해 전원을 변환하는 장치의 출력을 동작전원으로 사용하거나

그 가까이에 위치한 전자기기는 출력에 의해 유출되는 EMI의 영향을 받게된다.

특 히 PWM INVERTER의 경우 출력 PULSE가 PWM파형으로 그 자체가 매우 큰 EMI를 가지게 된다.

이 영향으로 주변의 전자기기의 제어신호는 왜곡 등이 발생하 거나 작동상의 에러를 유발하게 된다.

전자기기를 EMI로부터 보호하기 위하여 출력용 NOISE FILTER를 전원장치 등의 출력에 장치하여

출력선을 따라서 유출되 는 EMI의 크기를 줄여준다

노이즈 필터의 기능

전원선 또는 신호선 등에 포함된 노이즈 성분을 감소시키는 역활을 하는 제품을 NOISE FILTER라 한다.

전원선용 NOISE FILTER는 전원의 입력 또는 출력에 포함된 EMI NOISE를 제거하는 기능을 가지며

CPAPCITOR와 COIL의 조합으로 이루어진 수동형 FILTER이다.

기본적으로 유출을 줄이고, 전류의 변화에 의한 EMI는 COIL의 REACTANCE를 이용하여

전류 변화의 흐름을 방해 함으로서 유출되는 양을 제한한다.

노이즈 필터의 구조

출처 https://patents.google.com/patent/KR200412869Y1/ko

출처 http://blog.daum.net/newefdiy/1638244

기계장치가 다양해지고 복잡해짐에 따라 NOISE의 성질도 다양해지고 복잡해져 간다.

그러므로, 이를 억제하는 NOISE FILTER도 구조적으로 다양해지고 복잡 해지게 되었다.

특히 어떤 제품군은

(예를 들면 INVERTER류, ROBOT CONTROLLER류, SERVO CONTROLLER류 등)

NOISE FILTER가 특별한 구조를 가 지거나 특정한 정수 값을 가질 것을 요구 한다.

이들 제품군에 대해서는 NOISE FILTER의 구조나 정수 값이 적합하지 않을 경우

NOISE를 억제하는 능력이 현저 히 떨어지거나 오히려 특정 주파수의 NOISE가 더 켜져서

결과적으로 NOISE를 더 많이 나오게 하는 경우가 있다.

이는 NOISE에 대해서 NOISE FILTER는 전체 회로의 일부로 작용하기 때문이다.

또한 INVERTER의 출력용 FILTER는 입력용과는 다르다.

이는 INVERTER입력의 기본 파형은 60 또는 50㎐의 정형파인데 반하여 INVERTER의 츨력은

수백㎐-수십㎑ 의 구형파 이기 때문이다.

일반적인 NOISE FILTER는 60Hz 또는 50㎐의 정형파용으로 제작되어 있기 때문에

구형파용으로는 적합치 않다.

그러므로 구형파용 NOISE FILTER는 정형파용과는 다르며 INVER TER의 SWITCHING 주파수에 따라서도

NOISE FILTER의 구조와 소자의 정수값이 달라지게 된다.

노이즈 필터의 원리

노이즈 필터는 일종의 저감 필터이며 , 차단 주파수는 높은 주파수에서 감쇄효과 가 있다.

노이즈필터용으로 사용하는 코일은 커먼 모드 초크 코일 (COMMON MODE CHOCK COIL) 이며

1개의 CORE에 2개의 권선이 동상에 있다

통상 전원 전류에서 내부의 자속이 없어지게 되는데 ,

인덕턱스는 대부분 없어져서 노말모드 노이즈의 감쇄효과는 없고

커먼모드 전류에 대해서는 커다란 인덕턴스를 얻도록 된 제품이다

이에 콘덴서 CY와 함께 커먼모드 노이즈의 감쇄에 크게 기여한다

노이즈에 대해서는 콘덴서 CX를 삽입 하므로서 감쇄효과를 얻도록된 제품이다

NOISE 의 종류

1.자연노이즈 (구름의 뇌방전 등)

낙뢰로 인한 통신회로등의 직업 인가 되었을때 발생하는 발생하는 직접적인 뇌써지와

뇌방전시 발생되는 방전 전류에 의한 유도 현상으로 인해 송전선이나 통신회선등에 이상전압이

발생하는 유도 뇌써지 등이 있다

2.인공노이즈 (장치등을 사용할때 발생되는)

방사노이즈 와 전도노이즈가 있다

방사노이즈

방송이나 휴대 무선기등의 통신용 전파에 의한 장해는 물론

송전선의 코로나 방전 , 오토바이 시동점화시의 노이즈 등 공간으로 방출되는 노이즈

전도노이즈

기기나 회로간 연결하는 신호선이나 제어선 , 전원선 등을 통해 유도되는 전자파

전도노이즈의 구분

노멀 모드 노이즈

Transient , lmpulse 등과 같이 전원선을 양단에 흐르는 노이즈

(전송중에 있는 데이터는 치명적)

커먼 모드 노이즈

전원선을 통해 라인과 어스간 전달되는 노이즈

(접지를 기준 전위로 채택하는 로직회로가 내장된 전자기기나 메모리 계동에 에러를 유발)

일반적으로 노이즈필터는 EMC 부품으로 전도 노이즈에 대한 대책부품이다

노이즈 대책

방사노이즈

노이즈를 방사하는 회로나 시스템을 알고 있는경우,

세트 전제차 회로를 금속 케이스로 덮거나 케이블 또는 전도선을 금속통이나

망선으로 덮으면 방사에너지를 그라운드로 유도할수 있다

실드가 달린 차폐나 전파 흡수체라 불리는 대책부품을 사용하여

방사에너지를 열로 변환시킬수도 있다

단 , 노이즈는 실드 케이스나 전파 흡수체에 미세한 극간이나 통기구가 있을 때

그곳에서 밖으로 배출되버린다

전도노이즈

프린트 패턴이나 케이블 등의 신호선을 신호와 함께 전달해 간다.

그래서, 신호 라인 도중에 노이즈원으로부터 가급적 가까운 개소에

노이즈 대책부품을 추가하여 노이즈 성분만 제거해야한다.

노이즈 대책 요약

1. 접지기술

어스회로에 전류가 흐르기 않게 , 그라운드 루프를 형성하지 않도록 한다

2.LAY-OUT

부품의 배치 및 내부 배선이 노이즈 특성을 좌우한다

입력 <> 출력 , 디지털 <> 아날로그 , 고속 <> 저속

고압 <> 저압 , 저임피던스 <>고임피던스

등을 분리하여 배치 및 배선을 최적화 하여

용량결합 , 유도결합 , 공통 임피던스결합에 의한

노이즈 발생을 피하는것이 좋다

3.부품선정

C 및 TR과 같은 능동소자 , 콘덴서 , 인덕터 , 트랜스와 같은 수동소자및

콘넥터 , 스위치 와 같은 기구품의 특성, 성능을

노이즈 발생 메카니즘과 관련시 검토하고 최적부품을 선정.

노이즈에 대한 내력을 강화 하고 발생을 억제

4.차폐기술

노이즈 장해를 방지하는 방법중 가장 근복적이고 많이 사용하는 방법

1)정전쉴드

알루미늄이나 동판의 금속케이스나 쉴드 케이블을 사용하는 대책으로,

낮은 레벨의 회로나 고주파 회로에 효과적

2)전자쉴드

외부영향을 받기쉬운 트랜스나 인덕터를 니켈과 같은 고투자율 금속의 케이스를 사용해

내부에 대하여 자속의 침입이나 누설을 방지

5.필터기술

인덕턴스와 커패시턴스의 조합으로 구성

전원계에 사용하는 것과 신호계에서 사용되는것으로 구분

전원용필터

고전압, 대전류에 견디도록 설계되며 일반적으로 30MHz 이하의 낮은 주파수 대역에서 주로사용

통상30MHz 이상의 주파수 대역에서 적은 전류의 신호계에 사용되는

신호용 필터는 실제제품에 적용해보면서 각각의 경우에 맞는 최적의 필터를 결정하는 경우가 많다

위에 설명및 내용은 하단에 참조되어있는 PDF 파일및 기술자료집에 의해 서술되었음을 알립니다.

또한 , 노이즈 필터의 기술자료집 과 노이즈대책 , 컴퓨터 노이즈대책에 관한 PDF파일을

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컴퓨터의 방사 노이즈는 인터페이스가 포인트.zip