이글캐드(Eagle Cad)를 활용한 회로설계, PCB설계/제작, 제품제작 (4.-1회로계산_전원회로-캐패시터의 노이즈 필터 원리)

2023.07.27 - [분류 전체보기] - 이글캐드(Eagle Cad)를 활용한 회로설계, PCB설계/제작, 제품제작 (4.-1회로계산_전원회로)

이글캐드(Eagle Cad)를 활용한 회로설계, PCB설계/제작, 제품제작 (4.-1회로계산_전원회로)

  Eagle Cad를 활용한 회로설계, PCB설계/제작, 제품제작   

  (4.-1회로계산_전원회로- 캐패시터의 노이즈 필터 원리) 

 

이전 포스팅에서 캐패시터의 역할에 대해 설명을 했었는데, 잘 이해가 되지 않는다고 해서 다시한 번 상세하게 설명하려 합니다. 어디서 부터 설명을 해야 할지, 눈높이를 어떻게 맞춰서 해야하는지 난감합니다만, 부족하더라도 잘 이해해 주셨으면좋겠습니다.

 

   캐패시터란?   

캐패시터란 전자를 담는 그릇입니다. 그릇이 크면 많은 전자를 담을 수 있고 그릇이 작으면 전자가 적게 담기게 되겠지요. 쉽게 설명드리면 실생활에서 휴대용 보조배터리를 많이 사용하고 계실겁니다. 사양을 보면 5V 1,000mA, 5V 2,000mA, 5V 20,000mA 등 전압(V)은 동일한데 전류량만 다르게 표기가 된 배터리를 보셨을 겁니다. 이게 바로 캐패시터라고 생각하시면 됩니다. 전자를 담는 그릇이죠. 아래 그림을 보면서 설명드리겠습니다.

캐패시터의 물리적 구조

앞서 휴대용 보조 배터리의 출력 전압 = 전위(전기적 위치에너지)와 같은 의미입니다. 위의 그림처럼 전기적 위치에너지(그릇의 높이)를 5V로 동일하게 하고 그릇의 용량을 옆으로 키워서 더 많은 전자(-)를 담게 되면 용량이 더 커지게 되는 원리입니다. 

 

   캐패시터의 종류   

용도에 따라서 캐패시터는 3가지 종류가 있습니다.

세라믹 캐패시터/탄탈 캐패시터/알루미늄 전해캐패시터가 있습니다.

제가 이전 포스팅때 설명드렸던 노이즈 필터 및 정전기 보호용 캐패시터는 세라믹 캐패시터입니다.

세라믹 캐패시터의 특징은 값이 싸고 용량이 매우 작습니다.

탄탈 캐패시터는 세라믹 캐패시터와 모양은 유사하나 세라믹보다 훨씬 큰 용량값을 가집니다. PCB실장 면적을 줄이기 위해 사용되어지고 세라믹 캐패시터보다 비용이 많이 올라가다 보니 군사용이나 항공용 제품을 제외하곤 대부분 알루미늄 전해 캐패시터를 사용합니다.

알루미늄 전해 캐패시터는 매우 큰 용량을 사용할 수 있습니다.

개략적인 설명은 이쯤 마무리 하고 어떻게 세라믹 캐패시터가 노이즈를 필터링 해 주는지 설명드리도록 하겠습니다.

 

   세라믹 캐패시터의 노이즈 필터 원리   

앞서 CI와 RFI노이즈를 필터링 해 준다고 설명드렸습니다. CI는 Conducted Immunity의 약자로 전원단 노이즈를 말하고 RFI는 Radiated Frequence Immuminty의 약자로 방사 노이즈 면역성을 의미합니다. 다시말해 전원단에서 전선을 통해 타고오는 노이즈를 제거 또는 RFI노이즈를 필터링 해 준다는 의미입니다.

CI 관련 어떻게 필터링 할 수 있는지 설명드리겠습니다.

세라믹 캐패시터의 노이즈 필터

위의 그림처럼 12V 전원이 인가가 되면 Rising Edge(빨간색부분)에서 보통 노이즈가 발생합니다. 직류 12V 성분에 주파수(f)를 갖는 노이즈가 발생하게 되는 거죠. 이때 캐패시터는  임피던스(Ω)가 됩니다. 주파수를 갖는 교류성분의 노이즈가 캐패시터를 통해 빠져 나갈수있도록 전류의 통로인 저항이 되는 것이죠. 공식은 Xc = 1/(2π·f·c) 입니다. 캐패시터의 임피던스 Xc는 주파수와 캐패시터의 용량에 반비례합니다. 그렇다고 주파수가 올라갈수록 계속해서 임피던스값이 낮아지지는 않습니다. 아래 그림을 보시죠.

캐패시터특성

용량별로 주파수에 따른 임피던스 값을 나타낸 그래프 입니다. 주파수값이 올라간다고 해서 임피던스가 계속 낮아지는게 아니고 꺽이는 지점이 있습니다. 이 꺽이는 지점이 노이즈를 가장 잘 GND로 필터링 해주는 부분이겠죠. 그래서 평가를 통해 특정 주파수에 노이즈가 튄다면 해당되는 캐패시터를 달아줘서 노이즈 레벨을 낮춰줍니다. 

노이즈 필터의 원리가 이해 되시나요? 

 

그럼 다음 포스팅에서는 어떻게 세라믹 캐패시터가 정전기 보호용으로 사용되는지 설명드리도록 하겠습니다.

 

2023.07.29 - [회로설계] - 이글캐드(Eagle Cad)를 활용한 회로설계, PCB설계/제작, 제품제작 (4.-1회로계산_전원회로- 캐패시터의 ESD 보호 원리)

이글캐드(Eagle Cad)를 활용한 회로설계, PCB설계/제작, 제품제작 (4.-1회로계산_전원회로- 캐패시