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DC 모터 - EMC의 기초
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01. E.M.C의 정의

E.M.C (Electromagnetic Compatibility)

전자파적합, 양립성이라 해석되며 '전자파를 주는 측과 받는 측의 양쪽에 적용하여 성능을 확보할 수 있는 기기의 능력'으로 법규상 정의되어 있다. 이 용어는 E.M.S와 E.M.I를 모두 포함하는 포괄적인 용어로서 어떤 기기가 동작 중에 발생되는 전자파를 최소한으로 하여 타기기에 간섭을 최소화해야 하며(E.M.I), 또한 외부로부터 들어오는 각종의 전자파에 대해서도 충분히 영향을 받지 않고 견딜 수 있는 능을 갖추어야 한다(E.M.S) 는 의미이고 EMS는 다음과 같이 2가지로 분류 된다.
-기기의 동작중에 발생되는 전자기적인 에너지 (전자파)가 방사. 전도의 경로를 통해 다른 기기의 성능에 장해를 주는 것이다.
  EMI는 크게 RE와 CE로 나눌 수 있음
  ① CE (Conducted Emission: 전도 방출) :
   주로 30MHz이하에서 발생
   전자파가 신호선 또는 전원선 같은 매질을 통해서 전달되는 전자파 잡음
   측정 장소 : Shield room
  ② RE (Radiated Emission: 방사 방출) :
   주로 30MHz이상에서 발생
   전자파가 공기중으로 방사되어 전달되는 전자파 잡음
   측정장소 : Open Site, Semi-Anechoic room, Full-Anechoic room
   측정 거리 : 3m, 10m
-전자파 장해가 존재하는 환경에서 해당 제품이 본 기능을 유지하면서 동작할 수 있는 능력 즉 유입되는 전자파노이즈에 견딜 수 있는 내성.
  EMS는 크게 RS와 CS 등으로 나눌 수 있음
  ① CS (Conducted Susceptibility/Immunity) : 전도내성
   외부케이블, power cords, I/O interconnects 등을
   통해서 들어오는 전자파 간섭에 견디는 (정상적으로 작동하는) 정도
  ② RS (Radiated Susceptibility/Immunity) : 방사내성
   자유공간으로부터 전파되어 들어오는 전자파간섭에 견디는 (정상적으로 작동하는) 정도
  Pulsed EMI는 크게 4가지로 나눌 수 있음
  ① ESD(Electrostatic Discharge) : 정전기 방전
   서로 다른 정전기 전위를 가진 물체가 가까워지거나 접촉했을 때,
   갑작스러운 전하의 이동으로 인해 과전류가 흘러서 기기가 오작동을 일으키는 현상.
   크기는 다르지만 번개로 인한 낙뇌로 ESD의 일종임.
  ② EFT/Burst(Electrical Fast Transient/Burst) : 전기적 빠른 과도현상
  ③ Surge : 서지
   전기회로에서 수 ㎲~수초간 지속되는 전압, 전류, 전력의 과도현상.
  ④ Voltage Dip : 전압 감소
   전자시스템의 한 지점에서 전압의 급격한 감소했다가, 수 사이클에서
   수 초간의 짧은 시간 후에 전압이 회복되는 현상.
따라서 전기 전자 기기로부터의 불필요하게 발생되는 전자파 노이즈를 가급적 줄이고 외부 , 전자파 환경에 대하여 전자파 감수성을 줄여 기기 자체 전자파 내성을 강화하는 것이 전자파 적합성을 만족시키게 되는 것이다.
과거 무선 통신의 성능을 보호하기 위하여 전기 전자기기로부터 발생되는 전자파 장해를 규제하여 왔으나 산업기술의 발전에 따라 가정, 사무실 산업현장 등에 전기제품 및 통신기기를 많이 사용함에 따라 전자파 환경이 악화되고 이에 따라 제품의 전자파 내성을 강화하는데 많은 노력을 기울여 왔으며 현재 우리나라뿐만 아니라 유럽 공동체에서도 전자파 내성에 대한 규제를 강화하고 있다.
과도적으로 높은 세기의 전자기장으로 전자파 펄스는 통상적으로 지구 대기권 내 또는 근처 에서의 핵폭발과 관련되나, 번개와 같은 다른 전파원에 의해서도 전자파 펄스가 발생할 수 있음. 한 시스템 전체가 안테나로서 광대역, 대 전력의 영향을 받게 되는 현상을 말한다 .
02. E.M.C 의 개요
전자파 적합성은 일정한 양의 전자파 간섭에 내성이 되도록 하는 동시에 기기에서 발생하는 간섭이 지정 제한치 이내로 유지되도록 하는 방식으로 기기를 설계하고 운용하는 것과 관련 된 과학 및 공학 분야이다. 따라서 EMC의 적용 범위는 그것이 전기 공급 장치에 의해 급전되는 거의 모든 기기를 총괄하므로 폭이 매우 넓다. 사실상 모든 공학 시스템은 전력 조절 및 정보 처리 장치를 통합하고 있으므로 EMC의 적용 범위에 해당한다. 관련 주파수 범위는 DC로부터 빛에 까지 이르며, 이 스펙트럼의 일부 부분에서는 전자파 간섭(EMI) 에 대한 기기의 내성을 보증하고 방출을 억제하기 위한 엄격한 국제적 규제 프레임워크가 책정되었다.
전자파 적합성에 대한 관심은 새로운 것이 아니다. 라디오의 초창기 이래로, 설계자와 청취자는 모두 잡음, 간섭 및 접지 문제에 대해 경고가 주어졌다. 그러나 무선 통신, 디지털 시스템 및 고속 처리기의 이용이 가파르게 증가하고 새로운 설계 실무가 도입됨에 따라 전자 파 적합성이 첨단 설계의 전면에 있게 되었다. 세 가지 기술적 동향이 이러한 변화를 위한 추진력을 제공하였다.
첫째, 모뎀 디지털 논리와 신호 처리는 전자 밸브(수 백 볼트)를 기반으로 하는 구형 기술에 비해 상대적으로 낮은 임계 전압 (즉, 몇 볼트)을 기반으로 한다. 따라서, 모뎀 시스템의 내성은 본질적으로 더 낮다.
둘째, 보다 빠른 처리 속도를 모색하는 과정에서 더 짧은 펄스 상승 시간을 이용함으로써, 장거리에 걸쳐서 방사성 메커니즘에 의해 전파될 수 있는 고주파에 상당한 양의 에너지가 기여하게 되었다.
셋째, 현대식 기기의 물리적 설계는 금속보다는 플라스틱의 이용에 기초하는 경우가 점점 더 많아지고 있다. 이에 따라 완전 금속 캐비닛 고유의 전자기 차폐가 상당히 줄어들게 되었다.
소형화와 그에 따른 축소화 설계(compact design) 추세와 같은 몇 가지 다른 항목도 전자파 적합성 문제에 기여하는 이 목록에 추가될 수 있다. 따라서 기기가 제대로 작동하고 국제적인 전자파 적합성 규정을 충족시키기 위해서는 모든 설계 단계에서 전자파 적합성에 세심한 주의를 기울여야 한다.
전자파 적합성은 두 가지 다른 방향에서 접근할 수 있다.

우선, 어떤 것을 설계하기 전에 기기의 전자기적 기호와 외부 발생 간섭을 견뎌내는 기기의 능력을 예측하기 위해 완전한 전자파 적합성 연구를 실시하여야 한다는 주장이 있을 수 있다. 필요한 해석적 툴 및 수치적 툴 중 많은 것이 현재 가용하지 않으며, 기기 설치 환경이 항상 완전하게 명시되지는 않기 때문에, 이러한 연구를 실시하는 것은 상당히 어렵다.
둘째, 전자파 적합성은 본질적으로 소방 작전이며 이 분야에서 발생할 수 있는 어떤 문제도 특별하게 다루는 것이 최선이라고 생각할 수 있다.
모뎀 설계의 복잡성과 전자파 적합성의 본질로 인해 용이하고 값싼 솔루션을 재고하는 것이 배제되기 때문에, 이러한 접근법은 분명히 위험하다.
전자파 적합성에 대한 균형 있는 접근법은 설계자가 이용할 수 있는 모든 툴을 이 분야에 이용하는 것이다. 여기에는 수치적 툴, 사내 실제 경험 및 전자파 적합성과 전자기적 상호 작용에 대한 확실한 물리적 이해 등이 포함된다. 한 사람이 이 모든 분야에서의 재능을 가질 수 없으므로, 전자파 적합성 설계를 위한 초점을 형성하기 위해서는 문제 해결을 위한 경험과 접근법이 잘 혼합되어 있는 팀을 구성하는 것이 중요하다. 몇 년간 디지털 설계에 대한 공학 교육을 강조하게 되면서 대학 졸업생 중에는 무선 주파수(RF) 설계 쟁점에 대한 이해가 위험할 정도로 낮은 수준으로 줄어들었다. 따라서, 학계와 업계에서 전자파 적합성의 인식과 기본적인 RF설계 공학의 이해도를 높이는 것은 상당히 중요하다. 전자파 적합성은 전기, 전자 및 기계 등 모든 설계 분야에 영향을 미치는 문제로 간주되어야 한다. 그것은 분리되어서는 제대로 다루어질 수 없다. 전형적으로 완성된 설계는 신호와 전력 케이블 및 (응답 전기 용량성 또는 유도성 ) 또는 복사 메커니즘을 통해 서로 상호 작용 하는 다수의 부 시스템(sub system)으로 구성된다. 완성된 시스템의 전자파 적합성 거동은 알려진 부 시스템의 거동으로부터 쉽게 예측할 수 없지만, 현재의 전자파 적합성 연구 목적은 이것을 달성하기 위해 필요한 방법론과 툴을 개발하는 것이다. 심각한 외부 전자기(EM) 위협이 존재하는 곳에서 신 기술과 구형 기술이 혼합되어 상용되는 경우 방대한 대규모 시스템에서의 어려움은 더욱 현저해진다. 분명히 설계자는 다양한 부 시스템 사이의 상호 작용에 의해 야기되는 기기 일부분에서의 전자파 적합성 문제를 해결하려는 모든 노력을 기울 일 것이다. 그럼에도 불구하고 전자파 적합성 문제 대다수는 내부적으로 발생되는 것으로 보인다. 종종 상이한 공급자에 의해 제공된 다수의 상이한 형식의 기기가 서로 접속된 통합 시스템에 있어서 전자파 적합성 문제는 더 커질 수도 있으며, 각 장치가 지정된 전자파 적합성 제한치를 충족시키기 않고 시스템 레벨의 전자기장 상호 작용을 충분히 생각하지 않으 면 이러한 문제는 다루기가 어렵게 될 수 있다.
내부 발생 전자파 간섭(EMI) 에관한 한 성공적으로 동작하는 시스템을 개발하였던 설계자라 하더라도, 그 밖에도 국가 및 국제 표준에 명시된 전자파 적합성 제한치를 충족시켜야 한다. 이러한 제한치의 준수 여부는 명시된 조건에 따른 다수의 측정을 실시함으로써 입증될 수 있다. 전형적인 경우, 이러한 시험은 기기로부터의 EMI방출 뿐만 아니라 외부 발생 간섭에 대한 기기의 감응성이나 내성도 대상으로 할 것이다. 방출 시험에 있어서 기기는 특별 한 표준에 따라 차폐실 내부나, 개방된 야외 시험장에 배치되며 지정된 주파수 범위상에서 지정된 대역폭 수신기를 이용하여 지정된 거리에서 방출된 전자기장에 대해 측정이 이루어 진다. 사용되는 안테나의 형식 및 편파도 가능한 한 재현 가능한 측정치를 산출하기 위해 지정된다. 이런 형식의 시험은 도체의 EMI전압을 측정하는 도전성 방출 시험 (conducted emission tests)과 구별하기 위해 복사성 방출 시험(radiated emission test) 이라 한다. 어떤 경우이든 측정된 양은 지정된 제한치 보다 낮아야 한다.
내성 시험에 있어서 기기는 지정된 외부 발생 전자기장 또는 도체에 주입된 간섭 전류에 노출되어야 하며, 요구 사항은 기기가 작동되는 상태를 유지하고 있어야 한다는 것이다. 내성시험은 넓은 주파수 범위 (전형적으로 1 GHz까지)를 대상으로 하며, 과도 방전 및 정전기 방전에 대한 기기의 응답을 검사하기 위한 펄스형 입사 전자기 신호도 포함한다. 다수의 동작 방식이 있는 복잡한 기기에 대해서는 내성을 증명하는 것이 어려울 수 있다.
설계자는 기기의 상이한 부분으로부터의 나오는 전자기장 방출의 성격 및 중요성과 전체 시스템의 기능적 무결성에 미치는 외부 발생 간섭을 확인할 의무가 있다. 설계자는 가능한 한 간섭원에서의 간섭, 발생을 최소화하고, 적절한 배치 차폐 필터링, 및 접지 방법에 의해 회로 결합통로를 경감하거나 제거하고, 전자파 간섭(EMI)에 대해 고유의 내성을 갖춘 하드 웨어를 설계하고, 전자파 간섭(EMI) 에 대한 고도의 내성을 갖춘 소프트웨어를 개발하기 위한 방어적인 프로그래밍 방법을 채택하는 것을 시도한다.
이러한 옵션 중 비용이 들지 않는 것이 거의 없으며 대부분은 기기의 정상적인 동작 특성, 크기, 외형 및 중량에 악영향을 미칠 수도 있다. 너무 많은 상호 의존적 파라미터에 의존하기 때문에 이러한 설계 문제에 대해 최적의 해를 찾는 것은 쉬운 문제가 아니다.
전자파 적합성의 연구 목적은 설계의 개념 형성 단계에서 조차 전자파 적합성 문제를 참작 하도록 하고 최소의 비용으로 현명한 선택을 할 수 있도록 하기 위해, 시작부터 최적의 전자파 적합성 설계 절차가 설계 과정에 통합되도록 하는 방법 및 툴을 개발하는 것이다.
03. 전기신호와 노이즈 성질의 이해
마이컴이나 각종 IC/LSI를사용한 전자회로는 여러 분야에서 활용되고 있지만, 항상 그림자처럼 따라다니는 것이 노이즈에 대해 약하다는 점이다. 게다가, 전자 회로가 노이즈에 약 할 뿐만아니라, 노이즈 대책이 상당히 어렵다는 점이다. 노이즈의 문제가 어렵다는 이유는 그림1과 같이 노이즈는 회로도에 없는 회로를 통하여 전달되는 경우가 많기 때문이다. 회로도에 그려져 있으면 바로 알 수 있겠지만, 표시되어 있지 않으므로 파악하기 어려운 것이다.
  ① 2종류의 전기신호
-노이즈 대책을 강구하기 위해서는 먼저, 노이즈의 성질을 알고 있을 필요가 있다. 노이즈에는 노이즈 자체의 성질로서 두 종류가 있다. 이것은 원래의 전기신호 자체에는 2종류가 있기 때문이다. 이 두 종류를 노멀모드(Normal Mode) 와 코먼모드(Common Mode) 라 부르고 있다. 약간 이해하기 어려운 표현이지만, 노이즈를 생각하는데 있어서는 아주 중요하다. 전기 신호가 전달되기 위해서는 그림 2에 나타낸 바와 같이 전기신호는 단일 선로가 아니라, 왕복 선로에 의해 하나의 루프를 구성함으로써 전달하게 한다. 이 그림에서 신호원에서 발생한 전기신호는 두 선간(A-B)의 전압으로 된다. 그리고 그것이 두 선로를 통하여 신호를 받는 쪽이 신호입력회로 부분에서도 두 선간(C-D)의 전압이 동일한 형태로 받아들인다.
위와 같은 두 선간의 전압을 노멀모드 전압이라고 부른다. 그리고 일반적으로 말하는 신호는 이 노멀모드 전압이 이용된다. 신호로서는 전압이 아니라, 전류가 이용되는 경우도 있지만, 개념은 마찬가지이다. 그러나 전기신호 자체는 이와 같은 노멀 모드 신호 뿐만 아니라, 또 하나의 신호가 더 존재한다. 그것이 그림 3에 나타낸 코먼 모드라 부르는 것이다. 그림 3에서, A-B간의 전압은 A의 전위와 B의 전위차로 정의된다. 즉 상대적인 값이 아니라 절대적인 값이다 .그러나 절대값이라고, 해도 기준점을 정의하여 그 기준점으로부터 상대값을 생각한다. 그리고 기준점은 그 시스템을 생각하고있는 범위에서 공통으로 잡으면 되는 것이다. 시스템으로서 생각하는 범위가 변하면 기준점을 잡는 방법도 달라진다.
전기회로에는 기준점으로서, 일반적으로 그라운드의 전위 (여기서는 대지에 접지를하는 의미의 그라운드 뿐만 아니라 일반적으로는 0V, 섀시의 전위를 포함한다)를 이용한다. 그러나, 그라운드가 점이 아닌 경우 그라운드라고 해도 장소에 따라 전위가 달라지는 경우가 있다. 또 하나의 시스템 내부에 복수의 그라운드가 존재하는 경우가 있다. 이와 같은 경우 일반적으로 각 그라운드는 장소에 따라 전위가 다르다. 따라서, 지금 문제가 되고 있는 현상이 무엇인가에 따라 기준점을 어디로 할 것인가를 정하지 않으면 안된다. 이와 같은 이유로 그라운드 이외를 기준점으로 하여, 생각하는 편이 좋을때도 있다. 전기신호에는 노멀모드와 코먼모드의 2종류가 있다고 앞서 언급했다. 이 중에서 신호로 이용하는 것은, 노멀모드 신호이다. 이에 대해, 노이즈에는 노멀모드 신호의 노이즈와 코먼모드 신호의 노이즈로 양쪽이 있다. 노이즈가 노멀모드 노이즈인지 ,코먼모드 노이즈인가에 따라, 노이즈의 성질은 크게 달라진다. 따라서 노이즈 대책도 그에 따라 달라진다.

노이즈와 신호의 전형적인 관계를 그림 4에 나타낸다. 노이즈의 발생원이나 그 전도 쪽에는 여러 가지가 있지만, 원인이 어떻든 실여있는 노이즈는 노멀모드 노이즈와 코먼모드 노이즈로 두 종류가 된다. 그리고 일반적으로 그 양쪽이 모두 실리고 있다. 단, 어느 쪽인가 한쪽을 무시할 수 있어, 실용상은 한쪽만 생각하는 경우도 많이 있다.
  ② 노멀모드노이즈(Normal Mode Noise)
그림 5와 같이 신호에 Normal Mode Noise가 겹쳐진 경우, 신호 자체도 노멀모드이므로 전기신호의 성질로서는 양자를 구별할 방법은 없다.
즉, 노이즈와 신호를 분리하여 신호만을 꺼낼 수는 없다. 따라서 노멀모드 노이즈의 대책으로는 노이즈가 실리지 않도록 하는 것이 중요하다.

그러나, 노이즈와 신호의 주파수 대역이 다를 경우에는 그림 6과 같이 필터에 의해 신호와 노이즈를 분리할 수 있다. 일반적으로 낮은 주파수의 노이즈 보다 높은 주파수의 노이즈 쪽이 실리기 쉽다. 그 결과 ,노이즈는 신호보다 높은 주파수일 경우가 많고, 필터 특히, 저역통과 필터 (높은 주파수를 제거하고, 낮은 주파수는 통과 시킨다) 는 유효한 수단이다.

또, 노이즈 자체에는 저주파, 고주파의 양측이 있지만, 극히, 낮은 주파수 (직류로 간주할 정도) 의 노이즈는 노이즈라 부르지 않고, 드리프트 (Drift)라 부르는 경우가 있다. 그리고 고주파의 노이즈만을 ‘노이즈’ 라고 불러 구별하는 경우가 있다. 여기서는, 양자를 구별 하지 않고 노이즈라 부르기로 한다.
  ③ 코먼모드 노이즈(Common Mode Noise)
Common Mode Noise는 신호와 모드가 다르다. 따라서 코먼모드 노이즈와 신호간에는 모드의 차이를 이용하여 분리할 수 있다. 즉, 그림 7과 같이 두 선간의 전압을 측정하는 원리로 신호를 받아들이면, 코먼모드의 전기신호는 캔슬되어 노멀모드의 전기신호만을 받아들일 수 있다 .그림 8이 코먼모드 노이즈의 제거 예이다. 그리고, 이와 같은 회로를 차동앰프 또는, 차동형 신호 입력회로라 부르고 있다.
그러나, 그림 9와 같이, 신호 입력측 회로의 원리가 그라운드 전위와의 차를 측정하는 방식일 경우에는 코먼모드 노이즈도 신호에 가산되어버려 노이즈와 신호를 구별할 수 없게 된다. 이와 같은 회로방식을 싱글엔드라 부르고 있다.

코먼모드 노이즈는 이상과 같이 차동형의 신호 입력회로를 사용함으로써 신호와 분리할 수 있다. 이런 의미로는 코먼모드 노이즈 쪽이 성질이 좋은 노이즈가 되는 것이다. 물론 코먼모드 노이즈도 처음부터, 실리지 않도록 하는 편이 좋을 것이다. 그러나, 나중에 설명하겠지만, 노멀모드 노이즈가 실리지 않도록 하는 대책이 반대로, 코먼모드 노이즈를 실어버리는 경우가 있다. 이와 같은, 이유로 코먼 모드 노이즈가 때로는 아주 커버리는 경우가 있다 .매우 큰 코먼모드 노이즈라도 그것을 제거 분리하는 수단은 있다. 그러나, 단순한 차동형의 신호 입력 회로는 큰 코먼모드 전압에는 견디지 못하는 경우가 있으므로 주의할 필요가 있다.
  ④ 노이즈의 측정 방법에 대하여
노이즈 대책을 세우는 경우는 노이즈의 측정이 중요하다. 어디에 어떤 노이즈가 실려 있는지를 모르고서는 대책을 세울 수 없다 .노이즈를 측정할 때, 노멀모드와 코먼모드 에서는 측정방법이 다르다. 구체적인 측정방법에 대해서는 본서의 제 5장을 비롯하여 그 이후의 장에서 언급할 것이다.
일단, 측정 방법이 다르다고 하는 점에 주의하기를 바란다.

노이즈 측정에 있어서, 또 하나 주의해야 할 사항이 있다. 그것은 측정회로 (예를 들면 오실로스코프의 프로브)를 피측정 회로에 부가함으로써 회로의 상태가 변화되어 버리는 것이다. 이에 따라 노이즈 자체의 파형도 대폭 변하고 마는 경우가 있다. 이것은 노이즈 뿐만 아니라, 측정 기술의 일반적인 것으로 주의해야하는 사항이다.
노이즈는 반드시, 그 발생원이 있으며 그것이 전달되어 노이즈로되어 신호에 악영향을 미친다. 노이즈는 일단, 실리게 되면 그 성질에서 노멀모드 노이즈 아니면 코먼모드 노이즈의 어느 하나로 된다. 여기서는 우선 노이즈의 주요 근원을 조사해 보기로 한다.
  ① 유효한 신호가 노이즈의 근원
노이즈 발생원의 근원은 신호이다. 신호는 각종 회로나 기기를 정상으로 동작시키기 위해 발생시키지만, 그 신호가 예상밖의 장소에 전달되면 그것은 노이즈로 된다. 강력한 (파워가 있는) 신호는 노이즈 발생원으로서도 강력하다.

이런 의미로는 정보처리의 신호보다, 파워 신호쪽이 보다 강력한 노이즈 발생원이다. 그리고, 파워신호는 전자회로 뿐만 아니라 강전과 같은 분야 족에서 더 큰 문제이다. 예를 들면, 가장 일반적으로 널리 이용되고 있는 것이 그림 10에 나타낸 상용전원 (60Hz 교류) 그 자체이다. 강력이라고하는 점에서는 최악이다. 이것은 험(Hum) 노이즈라 부르는 경우도 있다. 단, 노이즈로서는 주파수가 높을수록 문제가 되기 때문에 이점에서는 상용전원은 주파수가 낮기 때문에 파워가 큰데도 문제가 적은 것이다.
  ② 인덕턴스에 의한 노이즈 발생
인덕턴스는 그림 11에 나타낸 바와 같이 전류의 변화속도에 비례하여 전압을 발생한다 . 따라서 스위치 OFF와 같은 전류의 급변을 만들면 아주 큰 전압을 발생한다. 즉 큰 노이즈발생이 된다. 릴레이나 모터의 권선은 인덕턴스이다. 게다가 스위치와 조합하여 사용하기 때문에 노이즈의 발생을 억제하는 수단이 필요한 경우가 많은 것이다.

인덕턴스가 없는 스위치만으로도 ON/OFF에 의한 전류의 급변이 있다. 전류의 급변도 노이즈 발생원이지만, 인덕턴스에 의해 급격한 큰 전압의 발생이 동시에 일어나는 경우가 노이즈로서는 훨씬 강력하다.
  ③ 공진회로에 의한 노이즈 발생
공진이 일어나면 그에 따라 큰 전류나 높은 전압이 발생하는 경우가 있다. 따라서 공진 회로도 노이즈 발생원으로서 주의할 필요가 있다. 공진 회로는 그림 12에 나타낸 인덕턴스와 커패시턴스의 조합이다. 노이즈 발생원으로서는 직렬 공진이 문제가 된다.

공진에서 특히 주의해야 할 것은 회로도에는 없는 회로에 의한 공진이다. 즉, 회로도상에서의 리드와이어는 이상적으로는 임피던스가 0Ω일 것이다. 그러나 현실적으로는 그림 13에 나타낸 바와 같이 리드와이어 자체는 R,L,C가 있기 때문에 회로도에는 없는 C 와 L로서 공진 회로를 만든다. 또한, C는 회로도상에 들어가 있는 경우가 많지만, 이때도 회로도에 있는 C와, 회로도에 없는 L에 의해 공진회로를 만든다. 그림 14에 그 모양을 나타낸다.
04. EMC 노이즈 대책용 부품의 구조와 특성
노이즈 대책 부품에는 노이즈 필터라든가, EMI 필터라 부르고 있는 것과, 전원 바이패스 콘덴서나 차동 전송라인에서 사용되고 있는 코먼모드 초크코일과 같이 노이즈의 발생원에서 노이즈의 발생을 억제하는 것이 있다.

또한, 노이즈 대책 부품은 매우 넓은 주파수 대역에서 사용되는 경우가 많으며 사용되고 있는 주파수 특성에 따라서는 콘덴서가 인덕터로서, 동작하거나 인덕터가 콘덴서로서 동작하는 경우도 드물지 않다.
노이즈 대책 부품에는, ①노이즈를 제거한다, ②유효신호를 통과시킨다고 하는 두 가지 기능이 필요하다. 노이즈 대책 부품은 우선 노이즈와 유효신호를 분리하여 노이즈만 제거 또는 감쇠시킨다고 하는 기능이 요구된다. 노이즈 대책 부품에서는 어떻게 노이즈와 유호신호를 분리하는가 하는 점이 노이즈를 제거하는 것과 동등 이상으로 중요하다.
가장 일반적인 노이즈와 유호신호를 분리하는 방법은 주파수로 분리하는 방법이다. 이 방법은 콘덴서나 인덕터 또는 L과 C로구성된 다소자의 EMI 필터를 사용하여 고주파 노이즈 대책 등을 강구하고 있다.
노이즈 대책 부품의 분류
대표적인 대책 부품
주요 용도
주파수에 의해 분리하는
노이즈 대책부품
콘덴서,인덕터,콘덴서나 인덕터 등을
복합화한 필터 EMI
고주파 노이즈의 제거
신호와 노이즈의 전송모드
차이에 의해 분리하는
노이즈 대책 부품
Common Mode Choke Coil,
Photo-Coupler,특수한 트랜스
Common Mode Noise 의
제거
신호와 노이즈의 전위차
차이에 의해 분리하는
노이즈 대책 부품
다이오드, 방전소자,
Varistor
정전 용량이나 인덕턴스등, 필터의 소자 정수가 바뀌면 EMI 필터의 특성은 어떻게 변하는지 그리고 노이즈 제거 효과를 향상시키기 위해서는 L형이나 π형, T형등의 다소자 필터도 사용 되지만, 소자의 정수를 바꾸었을 때와 다소자의 필터를 사용했을 때의 특성 변화의 차이에 대하여 생각해 본다.

콘덴서의 정전용량이나 인덕터의 인덕턴스를 크게 하면 그림과 같이 ‘삽입손실- 주파수 특성’의 기울기는 변하지 않고 모든 주파수에 걸쳐 삽입손실이 커져 노이즈 제거 효과가 향상 된다. 반대로 정전용량이나 인덕턴스가 작아지면 모든 주파수에 걸쳐 노이즈 제거 효과가 낮아진다.

이 때문에 단순하게 노이즈 제거 효과를 향상시키려고 했을 때에는 콘덴서의 정전용량 또는 인덕터의 인덕턴스 등, 필터의 정수가 큰 것을 선택하거나, 또는 다소자 필터로 바꾸는 등 어느쪽의 방법도 적용할 수 있다.
통상적인 2단자의 세라믹 콘덴서나 플라스틱 콘덴서로 고주파 노이즈를 제거할 수 없는 경우가 있는데, 이것은 잔류 인덕턴스의 영향 때문이다.

그림1에 나타낸 바와 같이, 수십 MHz까지의 노이즈는 보통의 2단자 콘덴서로 제거할 수 있지만, 자동차의 FM라디오나 디지털 기기의 노이즈 등과 같이, 수백 MHz까지의 노이즈 를 제거할 필요가 있는 경우에는 3 단자의 콘덴서가 사용되고 있다.

또한, TV튜너나 자동차 무선 전화, 휴대폰전화 등과 같이 500MHz를 넘는 노이즈가 문제 되는 기기에는 Through Type(관통형 )의 콘덴서가 사용 된다.

3단자 콘덴서란, 그림 2에 나타낸 바와 같이 콘덴서의 하트측 단자를 입력측과 출력측의 2개로 함으로써 하트측에서 생기는 잔류 인덕턴스 Ls1을 없애고, 게다가 이 L1.L2를 적극적으로 초크로서 필터 소자에 이용하여 노이즈 제거 효과를 개선한 것이다.
방사 노이즈를 개선하기 위해서는 그림 3(a)에 나타낸 페라이트 링 코어에 전원선을 1바퀴 또는 2바퀴를 감은 필터, 또는 그림 3(b)에 나타낸 부유용량이 작고 100~300MHz부근에서 300~1000Ω정도의 임피던스를 가진 인덕터를 양 라인에 1개씩 추가하거나, 또는 바이 패스콘덴서의 종류를 바꿀 필요가 있다.
라인 바이패스 콘덴서는 고역의 노이즈 제거를 담당하는 디바이스이며, 통과 노이즈의 제거와 스위칭 주파수의 고주파화를 고려하면 1000MHz까지의 노이즈를 제거할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나 통상 (2단자구조 )의 바이패스 콘덴서는 잔류 인덕턴스 ESL에 의해 30MHz정도까지의 노이즈 제거 밖에 바랄 수 없다 .그 이유는 통상적인 2단자 콘덴서는 회로에 접속하기 위한 리드선이나, 전극에서 발생하는 잔류 인덕턴스 ESL이 크기 때문에 자기공진점이 비교적 낮은 주파수에서 나타나고 그 이상의 주파수에서는 종합 임피던스 (리액 턴스) 가 커져, 바이패스 효과가 떨어지기 때문이다. 그림 4에 잔류 인덕턴스가 바이패스 효과에 주는 영향은 나타낸다.

이 고역에서의 노이즈 제거 성능을 개선하는 방법의 하나로, 3단자 구조의 바이패스 콘덴서를 이용하는 방법이 있다. 3단자 콘덴서의 필터 특성이 우수한 이유는 콘덴서의 하트측 단자(세트 그라운드에 대하여 전압이 가해지고 있는 쪽) 를 입력과 출력의 2개로 함으로써 하트측에 생기는 잔류 인덕턴스를 제거하고, 이 인덕턴스를 T형 저역통과 필터의 인덕턴스로서 적극적으로 필터 소자로 이용할 수 있기 때문이다 (그림 참조 5)
  
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