90. 전원라인 필터

PCB 설계 심화: 전원 라인 필터(Line Filter)의 이해와 적용

고성능 전자 시스템을 설계할 때, 외부 전원에서 유입되거나 내부에서 발생하는 노이즈는 시스템의 안정성과 신뢰성을 위협하는 주요 요인입니다. 특히 AC 전원 라인은 다양한 형태의 노이즈가 유입될 수 있어 효과적인 필터링이 필수적입니다. 본 글에서는 전원 라인 필터의 개념과 노이즈 유형, 필터 구성 요소의 역할에 대해 정리합니다.

1. AC 전원 라인 노이즈의 이해와 분류

AC 전원 라인에는 광범위한 주파수 대역의 노이즈가 포함되어 있으며, 그 형태는 사인파, 톱니파, 펄스 등으로 다양합니다. 이러한 노이즈는 전자기기의 동작에 영향을 줄 수 있으므로 그 특성과 발생 원인에 따라 분류해 관리할 필요가 있습니다.

1. High Frequency Noise (고주파 노이즈)
   • 발생원: 스위칭 전원 공급 장치, PC 등 고속 동작 회로에서 발생합니다.
   • 영향: 수십 mV~수백 mV 수준의 전압으로 회로의 정상 작동에 간섭을 일으킬 수 있습니다.
2. Pulse Noise (펄스 노이즈)
   • 발생원: 릴레이, 모터 등의 스위칭 시 순간적으로 발생합니다.
   • 특징: 수백 V의 피크 전압을 가진 짧은 시간의 충격성 노이즈입니다.
3. Surge Noise (서지 노이즈)
   • 발생원: 낙뢰, 대형 기기 차단 시 발생하는 고에너지 이벤트입니다.
   • 특징: 수십 kV의 전압과 수십 kA의 전류를 동반하며, 장비 손상 위험이 있습니다.
   • 영향: 전원 라인을 통해 시스템에 직접 침투해 과전압 상황을 유발할 수 있습니다.

2. 전원 라인 필터(Line Filter)의 역할과 구성

전원 라인 필터는 외부 전원의 노이즈가 시스템 내부로 유입되는 것을 차단하고, 시스템 내부에서 발생한 노이즈가 전원 라인을 통해 외부로 방출되는 것을 억제하는 역할을 합니다. 일반적으로 인렛(Inlet) 형태로 구현되며, 내부에는 다양한 필터링 소자가 통합되어 있습니다.

주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 공통 모드 초크 (Common Mode Choke)
  • 공통 모드 노이즈를 감쇠시키는 역할을 하며, 차동 모드 전력 신호는 그대로 통과시킵니다.
• 커패시터 (Capacitors)
  • 전원 라인과 접지 사이에 배치되어 고주파 성분을 접지 방향으로 우회시켜 제거합니다.

이러한 필터는 양방향으로 노이즈 억제 기능을 수행하며, 시스템의 EMI 방출 및 감도를 동시에 개선할 수 있는 효과적인 수단입니다.

마무리하며: 전원 라인 필터로 EMI 없는 시스템 구현

AC 전원 라인을 통한 노이즈 유입과 방사는 전자 시스템의 안정성과 전자기 호환성(EMC)에 직결됩니다. 전원 라인 필터는 이러한 문제를 해결하는 핵심 부품으로, 각종 노이즈를 효과적으로 제어하고 설계 기준을 충족하는 데 도움을 줍니다.

전원 필터의 작동 원리와 구성 요소에 대한 명확한 이해는 PCB 설계 시 보다 견고한 EMI 대응 설계를 가능하게 합니다. 안정적인 전원 환경은 고성능 시스템의 기본이라는 점을 항상 고려해야 합니다.