# 노이즈 제거

 개요

노이즈 제(Noise Removal)는 전공학, 특히 전력변환장치계 및 운영에서 매우 중요한 기술적 요소입니다. 전력환장치는 교류(AC)와 직류(DC) 사이의력 변환을 수행하는 장치로, 인버터, 정류기, DC-DC 컨버터 등이 여기에 포함됩니다. 이러한 장치들은 스위칭 동작을 통해 효율적인 전력 변환을 수행하지만, 그 과정에서 고주파 노이즈(전자기 간섭, EMI)가 발생하게 됩니다. 이 노이즈는 주변 전자기기의 정상 작동을 방해하거나, 시스템 자체의 신뢰성을 저하시킬 수 있으므로, 효과적인 노즈 제거 기술이 필수적입니다.

본 문서에서는 전력변환장치에서 발생하는 노이즈의 유형, 발생 원인, 그리고 이를 제거하기 위한 다양한 기술적 방법을 체계적으로 설명합니다.

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## 노이즈의 정의와 유형

### 전자기 노이즈란?

전자기 노이즈는 전력변환장치의 스위칭 소자(예: MOSFET, IGBT)가 고속으로 On/Off 동작을 반복하면서 발생하는 고주파 전압 및 전류 변동을 의미합니다. 이는 전도성 노이즈(Conducted Noise)와 방사성 노이즈(Radiated Noise)로 구분됩니다.

- **전도성 노이즈**: 전력선을 통해 전달되는 노이즈로, 전원 입력부나 출력부를 통해 외부 회로로 유입됩니다.
- **방사성 노이즈**: 전선이나 회로 패턴에서 전자기파 형태로 공간으로 방출되는 노이즈입니다.

### 노이즈의 주파수 대역

전력변환장치에서 발생하는 노이즈는 일반적으로 **150kHz ~ 30MHz** 범위의 전도성 노이즈와 **30MHz 이상**의 방사성 노이즈로 분류되며, 국제 표준(CISPR, FCC 등)에서 엄격한 제한을 두고 있습니다.

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## 노이즈 발생 원인

### 1. 스위칭 동작

전력변환장치의 핵심은 스위칭 소자의 고속 전환입니다. 이 과정에서 전압과 전류의 급격한 변화(**dV/dt**, **dI/dt**)가 발생하며, 이는 인덕턴스와 커패시턴스를 통해 노이즈를 유발합니다.

### 2. 기생소자(Parasitic Elements)

PCB 레이아웃 상의 기생 인덕턴스, 기생 커패시턴스, 스위칭 소자의 기생 다이오드 등은 고주파 진동을 유도하여 노이즈를 증폭시킬 수 있습니다.

### 3. 접지 설계 불량

불완전한 접지(Grounding)는 공통 모드 노이즈(Common-mode Noise)의 주요 원인이 됩니다. 특히 고주파에서는 접지 임피던스가 증가하여 노이즈 경로가 형성됩니다.

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## 노이즈 제거 기술

### 1. EMI 필터(EMI Filter)

EMI 필터는 전력 입력부와 출력부에 설치되어 전도성 노이즈를 억제하는 대표적인 수단입니다. 주로 다음과 같은 소자를 포함합니다:

- **X-capacitor**: 라인-라인(L-L) 사이에 연결되어 차동 모드 노이즈를 제거합니다.
- **Y-capacitor**: 라인-그라운드(L-G, N-G) 사이에 연결되어 공통 모드 노이즈를 억제합니다.
- **공통 모드 코일(Common-mode Choke)**: 공통 모드 전류는 차단하고 정상적인 차동 모드 전류는 통과시키는 인덕터입니다.

```markdown
예시 구성:
AC 입력 → 공통 모드 코일 → X-cap → Y-cap → 정류기 → 변환 회로
```

### 2. 스나바 회로(Snubber Circuit)

스위칭 소자에 발생하는 전압 서지와 진동을 억제하기 위해 사용됩니다. 대표적으로 **RC 스나바**가 있으며, 스위칭 소자 양단에 병렬로 연결됩니다.

- **기능**: 고주파 진동 감쇠, 전압 과충전 방지
- **단점**: 전력 손실 발생 → 열 관리 필요

### 3. PCB 레이아웃 최적화

노이즈 제거를 위한 PCB 설계 원칙:
- 스위칭 루프의 면적 최소화
- 짧고 넓은 트레이스 사용
- 다층 PCB 활용 시 접지 평면(Ground Plane) 완전히 배치
- Y-capacitor는 접지와 가까이 배치

### 4. 실드 및 차폐(Shielding)

방사성 노이즈를 줄이기 위해 금속 케이스, 실드 케이블, 페라이트 비드 등을 사용합니다. 특히 고주파 노이즈가 심한 경우, 변압기나 인덕터에 페라이트 링을 감싸는 방법도 효과적입니다.

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## 관련 표준 및 규제

전력변환장치의 노이즈는 국제적으로 여러 규격에 의해 제한됩니다.

| 표준 | 적용 대상 | 주파수 범위 | 주요 요구사항 |
|------|----------|-------------|----------------|
| CISPR 11 | 산업용 장비 | 150kHz ~ 400GHz | 전도 및 방사 방출 기준 |
| CISPR 32 | 정보기술기기 | 150kHz ~ 6GHz | EMI 방출 한계 |
| FCC Part 15 | 미국 시장 | 9kHz 이상 | 전도 및 방사 방출 제한 |

이러한 표준을 만족하지 못할 경우, 제품의 시장 출시가 제한될 수 있으므로 설계 초기 단계부터 노이즈 제거를 고려해야 합니다.

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## 결론

전력변환장치에서의 노이즈 제거는 성능, 안정성, 규제 준수 측면에서 핵심적인 기술입니다. 단순한 필터 적용을 넘어서, 스위칭 소자 선택, PCB 레이아웃, 열 관리, 접지 설계 등 시스템 전반에 걸친 종합적인 접근이 필요합니다. 특히 고주파 스위칭 기술이 발전함에 따라 노이즈 제거 기술도속적으로 진화하고 있으며, 향후 SiC, GaN 소자의 보급과 함께 더욱 정교한 설계 기법이 요구될 것입니다.

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## 참고 자료

- TI (Texas Instruments), "EMI in Power Converters: Basics and Mitigation Techniques"
- Murata Manufacturing, "EMI Suppression Filters for Power Lines"
- CISPR 11: "Industrial, scientific and medical equipment – Radio-frequency disturbance characteristics – Limits and methods of measurement"
- "Switching Power Supply Design" by Abraham I. Pressman, Keith Billings, and Taylor Morey