[PCB EMI] 라인 필터 구조와 동작 (91)

AC 전원 라인 필터의 구성 및 작동 원리

고성능 전자기기를 설계할 때 안정적인 전원 공급은 시스템의 성능과 신뢰성에 직결되는 요소입니다. 특히 AC 전원 라인을 통해 유입되는 다양한 형태의 노이즈는 시스템에 치명적인 영향을 줄 수 있습니다. 이번 글에서는 AC 전원 라인에 적용되는 라인 필터(Line Filter)의 구성과 작동 원리에 대해 자세히 살펴보겠습니다. 전원 무결성과 EMI(전자기 간섭) 대책 설계에 있어 핵심적인 내용을 다루므로, 실무에 바로 활용 가능한 정보가 될 것입니다.

 

1. AC 전원 라인의 노이즈 특성과 필터의 역할

AC 전원에는 스위칭 노이즈, 펄스 노이즈, 서지 노이즈 등 다양한 고주파 노이즈가 포함될 수 있습니다. 이들 노이즈는 외부로부터 유입되거나, 내부 회로에서 발생해 외부로 방출되기도 합니다. 라인 필터는 이러한 양방향 노이즈 경로를 모두 차단하는 역할을 하며, 특히 EMI 규격 만족을 위한 설계에서 필수적으로 고려되어야 합니다.

 

2. AC 라인 필터의 주요 구성 요소와 작동 원리

AC 라인 필터는 일반적으로 세 가지 핵심 부품으로 구성되며, 각각 고유한 방식으로 노이즈를 억제합니다.

2.1. X-캐패시터 (X-Capacitor): 차동 모드 노이즈 억제

• 위치: AC 전원 Hot과 Neutral 라인 사이에 병렬로 삽입됩니다.
• 역할: 두 라인 간 전위차에 의해 발생하는 차동 모드(Differential Mode) 노이즈를 우회시켜 전원 라인 유입을 차단합니다.
• 용량: 수백 nF에서 수십 µF 수준으로, 필터링 성능 및 설계 기준에 따라 결정됩니다.

2.2. 공통 모드 초크 (Common Mode Choke, L_CM): 공통 모드 노이즈 억제

• 위치: Hot과 Neutral 라인에 직렬로 삽입되며, 동일한 페라이트 코어에 감겨 있습니다.
• 역할: 공통 모드(Common Mode) 노이즈 전류에 대해 높은 임피던스를 제공해 차단하며, AC 전원 신호에는 영향을 주지 않습니다.
• 효과: 외부 케이블을 통해 방사되는 공통 모드 노이즈 억제에 탁월한 효과를 발휘합니다.

2.3. Y-캐패시터 (Y-Capacitor): 공통 모드 노이즈 접지 바이패스

• 위치: Hot-접지(GND), Neutral-접지 사이에 각각 삽입됩니다.
• 역할: 공통 모드 노이즈를 접지로 바이패스하여 시스템 내부로의 유입 또는 외부로의 방출을 차단합니다.
• 안전성: 전원과 접지를 연결 하므로, 반드시 IEC 60384-14 등 안전 규격을 만족하는 부품을 사용해야 합니다.

 

3. 라인 필터의 종합적인 노이즈 제거 효과

세 가지 필터 부품은 상호 보완적으로 작용하여, 차동 모드 및 공통 모드 노이즈 모두를 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 전원 라인으로부터의 유입을 차단함은 물론, 내부 회로에서 발생한 노이즈의 외부 방출도 억제할 수 있습니다.

실제 제품에서는 이러한 필터가 인렛 소켓(Inlet Socket) 형태로 통합되어 제공되며, 외형상 단순한 전원 커넥터처럼 보이지만 내부에는 복합적인 필터 구조가 내장되어 있습니다.

 

마무리하며: 라인 필터로 견고한 전원 무결성 확보

AC 라인 필터는 단순한 부품처럼 보일 수 있지만, 고신뢰성 전원 설계를 위해 반드시 고려해야 할 핵심 요소입니다. 각 필터 요소는 특정 노이즈에 대응하도록 설계되며, 이들의 조합은 시스템의 전자파 적합성(EMC) 확보에도 결정적인 역할을 합니다.

이번 내용을 바탕으로 실무 설계 시 라인 필터 구성의 목적과 기능을 보다 명확하게 이해하고, 적용에 있어 실질적인 기준을 세우는 데 도움이 되었기를 바랍니다.