노이즈필터 선정시 고려사항

노이즈 필터(Noise Filter 또는 EMI 필터)는 전원 라인이나 신호 라인을 통해 전도되는 불필요한 전기적 노이즈(전자파 장해, EMI)를 억제하기 위해 사용되는 전자 부품입니다. 노이즈 필터는 장비 자체가 외부로 방출하는 노이즈를 줄여 전자파 적합성(EMC) 규격을 만족시키거나, 외부에서 유입되는 노이즈로 인해 장비가 오작동하는 것을 방지하는 두 가지 목적을 가집니다.

노이즈 필터 선정 시 고려해야 할 주요 사항은 다음과 같습니다.

1. 정격 전압 (Rated Voltage):
   • 필터가 사용될 회로의 최대 작동 전압보다 크거나 같아야 합니다. AC 용인지 DC 용인지, 그리고 해당 전압 값(예: 250VAC, 480VAC, 600VDC 등)을 확인해야 합니다.
2. 정격 전류 (Rated Current):
   • 필터가 연결될 부하의 최대 연속 작동 전류보다 크거나 같아야 합니다.
   • 주위 온도 상승 시 정격 전류를 낮춰 사용해야 하는 경우(온도 디레이팅, Temperature Derating)가 있으므로, 사용 환경의 온도를 고려하고 제조사 데이터시트의 디레이팅 커브를 확인해야 합니다. 정격 전류가 부족하면 필터가 과열되거나 손상될 수 있습니다.
3. 삽입 손실 / 감쇠 특성 (Insertion Loss / Attenuation Characteristics):
   • 필터의 성능을 나타내는 가장 중요한 지표입니다. 특정 주파수 범위에서 노이즈를 얼마나 효과적으로 감쇠시키는지를 데시벨(dB) 값으로 나타냅니다. dB 값이 높을수록 감쇠 성능이 우수합니다.
   • 공통 모드(Common Mode, CM): 전원 라인과 접지(Ground) 사이에서 같은 방향으로 흐르는 노イズ. 주로 외부에서 유입되거나 스위칭 동작 시 발생합니다.
   • 차동 모드(Differential Mode, DM): 전원 라인 사이에서 서로 반대 방향으로 흐르는 노イズ. 주로 부하 자체(특히 스위칭 전원 공급 장치, SMPS)에서 발생합니다.
   • 제조사 데이터시트에는 일반적으로 50Ω 시스템 기준으로 측정된 삽입 손실 그래프가 제공됩니다. 목표하는 EMC 규격(예: CISPR, FCC, KC)의 제한치를 만족시키거나, 실제 장비에서 문제가 되는 노이즈 주파수 대역에서 충분한 감쇠량을 제공하는 필터를 선택해야 합니다. (사전 EMC 시험을 통해 필요한 감쇠량을 파악하는 것이 이상적입니다.)
4. 누설 전류 (Leakage Current):
   • 필터 내부의 Y-커패시터(라인-접지 간 커패시터)를 통해 작동 중 접지로 흐르는 미세한 전류입니다.
   • 누설 전류가 너무 높으면 인체 감전의 위험이 있을 수 있으며, 특히 접지 상태가 불량할 경우 문제가 될 수 있습니다.
   • 일반 정보통신 기기, 산업용 기기 등에서는 통상 수 mA 이하로 규제되지만, **의료 기기(Medical Equipment)**에서는 환자 안전을 위해 훨씬 엄격한 기준(예: 0.1mA 이하 또는 수십 µA 이하)이 적용됩니다. 따라서 적용 분야에 맞는 누설 전류 등급(Standard, Low-Leakage, Medical Grade 등)의 필터를 선정해야 합니다.
5. 감쇠가 필요한 주파수 범위 (Frequency Range of Attenuation):
   • 억제하고자 하는 노이즈의 주파수 대역 또는 만족해야 하는 EMC 규격의 주파수 범위(예: 전도성 방사 규격은 보통 150kHz ~ 30MHz)를 고려하여, 해당 범위에서 효과적인 감쇠 성능을 보이는 필터를 선택해야 합니다.
6. 적용 회로 및 상(Phase) 수 (Application Circuit & Number of Phases):
   • AC 전원용인지, DC 전원용인지, 또는 신호 라인용인지 구분해야 합니다.
   • AC 전원용의 경우, 단상(Single-phase)용인지 삼상(Three-phase)용인지 (3선식 또는 4선식) 확인해야 합니다.
7. 설치 방식 및 크기 (Mounting Style and Size):
   • 설치 공간과 방식에 맞춰 선택해야 합니다.
     • 샤시 실장형 (Chassis Mount): 금속 케이스 형태로, 패널에 직접 나사로 고정. 접지가 용이합니다.
     • PCB 실장형 (PCB Mount): 인쇄 회로 기판에 직접 납땜하여 실장합니다.
     • 인렛 타입 (IEC Inlet Type): 전원 코드를 꽂는 인렛 소켓과 필터가 통합된 형태로, 공간 절약 및 설치 편의성이 좋습니다.
     • DIN 레일 실장형 (DIN Rail Mount): 산업 제어반 등에 사용되는 DIN 레일에 장착할 수 있는 형태입니다.
   • 필터의 물리적인 크기와 치수도 고려해야 합니다.
8. 동작 온도 범위 (Operating Temperature Range):
   • 필터가 사용될 환경의 온도 범위 내에서 안정적으로 동작할 수 있는지 확인해야 합니다. (정격 전류 디레이팅과 관련됨)
9. 안전 규격 및 인증 (Safety Standards and Certifications):
   • 제품의 안전성을 보증하고 특정 시장의 요구사항을 만족시키기 위해 관련 안전 규격(예: UL, CSA, VDE, ENEC, CQC, KC 등)의 인증을 받은 제품인지 확인해야 합니다. 특히 의료 기기용은 IEC 60601-1 등의 의료 규격 승인이 필요합니다.
10. 대상 EMC 규격 (Target EMC Standard):
    • 최종 제품이 통과해야 하는 EMC 규격(예: 대한민국 KC 마크를 위한 관련 고시, 유럽 CE 마크를 위한 CISPR 표준, 미국 FCC 규정 등)을 명확히 하면, 해당 규격의 제한치를 기준으로 필요한 삽입 손실 성능을 결정하는 데 도움이 됩니다.

 

결론적으로, 노이즈 필터 선정은 단순히 정격 전압과 전류만 맞추는 것이 아니라, 핵심 성능인 삽입 손실 특성을 목표 주파수 범위와 EMC 규격에 맞춰 신중하게 검토해야 합니다. 또한 안전과 직결되는 누설 전류 규격 준수 여부와 필요한 안전 인증 획득 여부도 반드시 확인해야 합니다. 필터의 성능은 **올바른 설치(특히 접지)**에 크게 좌우되므로, 짧고 낮은 임피던스로 접지하는 것이 매우 중요합니다. 실제 장비에서의 성능은 회로 임피던스에 따라 달라질 수 있으므로, 필요하다면 EMC 사전 시험을 통해 최적의 필터를 선정하는 것이 바람직합니다.