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2019.02.21 스위칭 노이즈 - EMC

노이즈 대책의 순서

노이즈 대책

이제부터는 「노이즈 대책」에 대해 알아보겠습니다. 여기에서 「노이즈 대책」은 「스위칭 전원」의 노이즈에 관한 대책입니다. 그러나, 기본적인 부분과 개념은 노이즈 전반에 대한 내용입니다. 먼저 「노이즈 대책의 순서」에 대해 설명하겠습니다.

노이즈 대책과 제품 개발 단계

노이즈 대책의 순서에 대해 설명하기 전에, 제품의 설계 / 개발에서 양산에 이르는 과정의 어떤 단계에서 노이즈 대책을 실시해야 하는지에 대해 설명하겠습니다.

오른쪽 그림은 설계 / 개발, 평가, 양산이라는 시간축에 대해 노이즈 대책의 자유도, 즉 선택 가능한 대책의 수와 대책에 소요되는 비용을 이미지로 나타낸 것입니다. 세로축은 위로 갈수록 「높다」고 인식하여 주십시오.

그림은, 개발이 진행될수록 사용 가능한 노이즈 대책 기술과 수단이 제한되고, 대책 소요 비용은 점점 증가함을 나타냅니다. 양산 개시 후 노이즈 문제가 발각된다면, 대책을 실시하고자 해도 이미 완성 단계이므로 취할 수 있는 방법이 없어 결국 기판을 변경해야 하지만, 이러한 상황은 어느 누구도 상상하고 싶지 않을 것입니다.

원칙적으로, 제품 개발의 초기 단계에서 충분히 검토하고 평가함으로써, 만일의 노이즈 문제에도 여유롭게 노이즈 대책을 실시할 수 있습니다. 또한, 노이즈의 종류 및 성질을 이해하고, 각각의 노이즈에 효과적인 대책을 실시하는 것이 매우 중요합니다. 아무 대책이나 막무가내로 실시하면, 효과는 커녕 오히려 노이즈를 악화시키는 경우도 적지 않습니다.

노이즈 대책의 순서

앞에서 설명한 바와 같이, 적절하지 못한 대책은 손실을 키울 뿐입니다. 대책을 결정하기까지는 하기와 같이 몇가지 단계를 거칠 필요가 있습니다.

●스텝 1 : 스위칭 파형의 주파수 성분 파악

스위칭 주파수, rising / falling, overshoot / undershoot, ringing 등, 기본파와 발생 현상 각각의 주파수 성분을 확인할 필요가 있습니다. 이는 처리하고자 하는 노이즈 주파수에 따라, 대책 방법 및 대응 부품이 달라지므로, 적절하게 선정해야 효과를 얻을 수 있기 때문입니다.

●스텝 2 : 노이즈 발생원과 전도 경로 파악

발생한 스위칭 노이즈가 어떤 경로로 1차측, 또는 2차측에 전도되었는지를 확인합니다. 노이즈 대책은 노이즈의 전도 경로에서 실시할 필요가 있습니다. 그리고, 모든 전도 경로에 대책을 실시하지 않으면 안됩니다. 전도 경로가 1곳이라도 누락되면 대책은 완료되지 않습니다.

●스텝 3 : GND 강화

노이즈 대책의 최종 스텝은 노이즈 대책 부품을 추가하는 것이지만, 그 전에 PCB (프린트 기판)의 GND 강화를 검토해야 합니다. 확실한 GND 설계는 노이즈 대책은 물론, 성능 및 안정성 향상에도 연관되는 중요한 포인트입니다. GND 강화를 통해 루프의 임피던스를 저감할 수 있습니다. 또한, 필터의 효과를 향상시키기 위해서도 GND 강화는 효과적입니다.

●스텝 4 : 필터 등 대책 부품의 추가

최종적으로 필터에 의한 감쇠, 바이패스 콘덴서에 의한 바이패스, 칩 비즈 등의 저항 성분에 의한 노이즈 흡수 등, 노이즈의 종류 및 성질에 대응하는 노이즈 대책 부품을 검토하여 회로를 추가합니다. 필터, 바이패스 콘덴서의 효과 등은 스텝 3에서 기술한 바와 같이, GND의 상태에 따라 달라지므로 반드시 GND 강화를 먼저 실시하여 주십시오.

키 포인트

・제품 개발이 진행될수록 사용 가능한 노이즈 대책 기술 및 수단이 제한되고, 대책 소요 비용은 점점 증가한다.

・제품 개발의 초기 단계에서 충분히 검토하고 평가함으로써, 여유로운 노이즈 대책이 가능해진다.

・노이즈의 종류 및 성질을 이해하고, 각 노이즈에 효과적인 대책을 실시하는 것이 매우 중요하다.

・노이즈 대책은 주파수 성분의 파악 → 발생원과 전도 경로의 파악 → GND의 강화 → 노이즈 대책 부품의 추가 순서로 실시한다.

노이즈 대책의 기초