필터 커패시터, 공통 모드 인덕터, 자기 비드는 EMC 설계 회로에서 흔히 사용되는 부품이며, 전자기 간섭을 제거하는 강력한 도구이기도 합니다.
회로에서 이 세 가지의 역할에 대해서는 많은 엔지니어가 이해하지 못하는 부분이 있을 것으로 생각되며, 이 기사에서는 세 가지 EMC 핵심 요소를 제거하는 원리를 자세히 분석했습니다.
1.필터 커패시터
커패시터의 공진은 고주파 노이즈를 걸러낸다는 관점에서는 바람직하지 않지만, 커패시터의 공진이 항상 해로운 것은 아닙니다.
필터링할 소음의 주파수가 결정되면 커패시터의 용량을 조절하여 공진점이 방해 주파수에 정확히 떨어지도록 할 수 있습니다.
실제 공학에서 필터링해야 할 전자기 잡음의 주파수는 수백 MHz, 심지어 1GHz 이상인 경우가 많습니다. 이러한 고주파 전자기 잡음을 효과적으로 필터링하려면 코어에 관통형 커패시터를 사용해야 합니다.
일반 커패시터가 고주파 노이즈를 효과적으로 걸러낼 수 없는 이유는 두 가지입니다.
(1) 그 이유 중 하나는 커패시터 리드의 인덕턴스가 커패시터 공진을 일으켜 고주파 신호에 큰 임피던스를 제공하고 고주파 신호의 바이패스 효과를 약화시키기 때문입니다.
(2) 또 다른 이유는 고주파 신호를 결합하는 전선 사이의 기생 용량으로 인해 필터링 효과가 감소하기 때문입니다.
관통형 커패시터가 고주파 노이즈를 효과적으로 걸러낼 수 있는 이유는 관통형 커패시터가 리드 인덕턴스로 인해 커패시터 공진 주파수가 너무 낮다는 문제가 없을 뿐만 아니라,
관통형 커패시터는 금속 패널에 직접 설치하여 금속 패널을 통해 고주파 절연 역할을 할 수 있습니다. 하지만 관통형 커패시터를 사용할 때 주의해야 할 점은 설치 문제입니다.
관통형 커패시터의 가장 큰 약점은 고온과 온도 충격에 대한 우려로, 이로 인해 관통형 커패시터를 금속 패널에 용접할 때 큰 어려움이 발생합니다.
많은 커패시터가 용접 과정에서 손상됩니다. 특히 패널에 많은 수의 코어 커패시터를 설치해야 하는 경우, 손상이 발생하면 수리가 어렵습니다. 손상된 커패시터를 제거하면 주변의 다른 커패시터도 손상되기 때문입니다.
2. 공통 모드 인덕턴스
EMC가 겪는 문제는 대부분 공통 모드 간섭이기 때문에 공통 모드 인덕터도 일반적으로 사용되는 강력한 부품 중 하나입니다.
공통 모드 인덕터는 페라이트를 코어로 하는 공통 모드 간섭 억제 소자로서, 동일한 크기와 동일한 턴 수의 코일 두 개가 동일한 페라이트 링 자기 코어에 대칭적으로 감겨 4단자 소자를 형성합니다. 공통 모드 신호에 대한 인덕턴스 억제 효과가 크고, 차동 모드 신호에 대한 누설 인덕턴스가 작습니다.
원리는 공통 모드 전류가 흐를 때 자기 링의 자속이 서로 중첩되어 상당한 인덕턴스를 갖게 되어 공통 모드 전류를 억제하고, 두 코일이 차동 모드 전류를 흐를 때 자기 링의 자속이 서로 상쇄되어 인덕턴스가 거의 없어 차동 모드 전류가 감쇠 없이 통과할 수 있다는 것입니다.
따라서 공통 모드 인덕터는 평형선에서 공통 모드 간섭 신호를 효과적으로 억제할 수 있지만, 차동 모드 신호의 정상적인 전송에는 영향을 미치지 않습니다.
공통 모드 인덕터는 제조 시 다음 요구 사항을 충족해야 합니다.
(1) 코일 코어에 감긴 전선은 순간 과전압이 작용할 때 코일의 권선 사이에 단락이 발생하지 않도록 절연되어야 합니다.
(2) 코일에 순간적으로 대전류가 흐를 때 자기코어는 포화되지 않아야 한다.
(3) 코일 내의 자기코어는 순간 과전압 작용으로 인해 두 코일 사이의 파괴를 방지하기 위해 코일과 절연되어야 합니다.
(4) 코일은 가능한 한 단일 층으로 감겨야 코일의 기생 용량을 줄이고 코일의 과도 과전압 전달 능력을 향상시킬 수 있습니다.
일반적으로 필터링에 필요한 주파수 대역을 선택할 때 주의하면서 공통모드 임피던스가 클수록 좋으므로 공통모드 인덕터를 선택할 때 주로 임피던스 주파수 곡선을 따라 소자 데이터를 살펴봐야 합니다.
또한 선택 시 신호에 미치는 차동 모드 임피던스의 영향에도 주의하시기 바랍니다. 주로 차동 모드 임피던스에 초점을 맞추고, 특히 고속 포트에 주의하시기 바랍니다.
3. 자석 비드
제품 디지털 회로 EMC 설계 과정에서 우리는 종종 자기 비드를 사용합니다. 페라이트 소재는 철-마그네슘 합금 또는 철-니켈 합금입니다. 이 소재는 높은 투자율을 가지고 있으며, 고주파 및 고저항의 경우 코일 권선 사이의 인덕터가 되어 최소 용량을 생성합니다.
페라이트 재료는 일반적으로 고주파에서 사용되는데, 저주파에서는 주요 인덕턴스 특성으로 인해 선로 손실이 매우 작기 때문입니다. 고주파에서는 주로 리액턴스 특성비가 사용되며 주파수에 따라 변합니다. 실제 응용 분야에서는 페라이트 재료가 무선 주파수 회로의 고주파 감쇠기로 사용됩니다.
사실 페라이트는 저항과 인덕턴스의 병렬에 더 잘 대응합니다. 저항은 저주파에서 인덕터에 의해 단락되고, 인덕터 임피던스는 고주파에서 상당히 높아져 전류가 모두 저항을 통과합니다.
페라이트는 고주파 에너지를 열 에너지로 변환하는 소모 소자이며, 열 에너지는 페라이트의 전기 저항 특성에 의해 결정됩니다. 페라이트 자성 비드는 일반 인덕터보다 고주파 필터링 특성이 우수합니다.
페라이트는 고주파수에서 저항성이 있어 품질 계수가 매우 낮은 인덕터와 동일하므로 넓은 주파수 범위에서 높은 임피던스를 유지할 수 있어 고주파 필터링의 효율을 향상시킵니다.
저주파 대역에서 임피던스는 인덕턴스로 구성됩니다. 저주파에서는 R이 매우 작고 코어의 투자율이 높아 인덕턴스가 큽니다. L이 중요한 역할을 하며, 반사에 의해 전자기 간섭이 억제됩니다. 이때 자기 코어의 손실이 적고 전체 소자의 손실이 적으며, 인덕터의 Q 특성이 높습니다. 이 인덕터는 공진을 일으키기 쉽기 때문에 저주파 대역에서 페라이트 자성 비드를 사용하면 간섭이 심해질 수 있습니다.
고주파 대역에서 임피던스는 저항 성분으로 구성됩니다. 주파수가 증가함에 따라 자기 코어의 투자율이 감소하여 인덕터의 인덕턴스와 유도 리액턴스 성분이 감소합니다.
하지만 이때 자기코어의 손실이 커지고 저항성분이 커져 전체 임피던스가 증가하고, 고주파 신호가 페라이트를 통과할 때 전자파 간섭이 흡수되어 방열의 형태로 변환됩니다.
페라이트 억제 부품은 인쇄 회로 기판, 전력선 및 데이터선에 널리 사용됩니다. 예를 들어, 페라이트 억제 부품은 인쇄 회로 기판의 전원 코드 입력단에 추가되어 고주파 간섭을 필터링합니다.
페라이트 자기 링 또는 자기 비드는 신호선과 전력선의 고주파 간섭 및 피크 간섭을 억제하는 데 특별히 사용되며, 정전기 방전 펄스 간섭을 흡수하는 능력도 갖추고 있습니다. 칩 자기 비드 또는 칩 인덕터의 사용은 주로 실제 응용 분야에 따라 달라집니다.
칩 인덕터는 공진 회로에 사용됩니다. 불필요한 EMI 노이즈를 제거해야 할 때는 칩 자기 비드를 사용하는 것이 가장 좋습니다.
칩 자기 비드 및 칩 인덕터의 응용
칩 인덕터:무선 주파수(RF) 및 무선 통신, 정보 기술 장비, 레이더 감지기, 자동차 전자 장치, 휴대폰, 페이저, 오디오 장비, 개인용 디지털 보조기기(PDA), 무선 원격 제어 시스템, 저전압 전원 공급 모듈.
칩 자석 구슬:클록 생성 회로, 아날로그와 디지털 회로 간 필터링, I/O 입력/출력 내부 커넥터(직렬 포트, 병렬 포트, 키보드, 마우스, 장거리 통신, 근거리 통신망 등), 간섭을 받기 쉬운 RF 회로 및 논리 장치, 전원 공급 회로, 컴퓨터, 프린터, 비디오 레코더(VCRS)의 고주파 전도 간섭 필터링, 텔레비전 시스템 및 휴대전화의 EMI 노이즈 억제.
자기 비드의 단위는 옴입니다. 자기 비드의 단위는 특정 주파수에서 생성하는 임피던스에 따라 공칭이고 임피던스의 단위도 옴이기 때문입니다.
자기 비드 DATASHEET는 일반적으로 곡선의 주파수 및 임피던스 특성을 제공하며, 일반적으로 100MHz를 기준으로 합니다. 예를 들어, 주파수가 100MHz일 때 자기 비드의 임피던스는 1000옴과 같습니다.
필터링하려는 주파수 대역에 대해서는 자기 비드의 임피던스가 클수록 좋으며, 일반적으로 600옴 임피던스 이상을 선택합니다.
또한, 자기 비드를 선택할 때는 자기 비드의 자속을 주의 깊게 살펴야 하는데, 일반적으로 자속은 80% 정도 감소시켜야 하며, 전력 회로에 사용할 경우 DC 임피던스가 전압 강하에 미치는 영향을 고려해야 합니다.
게시 시간: 2023년 7월 24일
