1. 개요
캐퍼시터와 인덕터 및 리액터와 기타 여러가지 부품을 사용하여 전원주파상에 섞여있는 여러가지 노이즈를 걸러내고 저지하는 역할을 하는 필터다. 회로상 병렬, 직렬연결에 따라 X캡, Y캡으로 명칭된다.전원에는 항상 깨끗하고 안정된 전류가 흘러야 하지만, 현실적으로는 상용 220V나 110V의 저압 전원라인에 십중팔구 가설된 전력선에 여러 이유로 전기적인 노이즈가 같이 흐르고 있다.
이런 노이즈가 기기 회로로 유기되면 영 좋지 않게 되므로 걸러내야 한다. 따라서, 이를 캐패시터의 원리를 이용하여, 중성선 또는 접지로 노이즈를 우회시키 제거하는 것이 EMI 필터다. 전원의 품질을 위해 전기를 사용하는 제품에는 형식적으로라도 하나씩 달려 EMI 필터를 한번 전원이 거쳐가도록 되어있다.
EMI 필터가 노이즈를 제거하는 원리는 최종적으로 접지선을 통해 노이즈를 배출하는 것이다. 중선선에다가 버리기도 하지만, 노이즈를 원칙적으로 안전하게 처리하기에는 무리가 있으며, 깔끔하게 처리된다는 보장도 없다. 결국 EMI 필터가 제대로 동작하려면 반드시 대지 접지가 되어있어야 한다. 지구보다 더 확실하게 노이즈를 먹어줄 수 있는 거대 대전체가 없으니까.
간혹 전자파 차단 플러그 같은 것을 파곤 하는데 심플하게 코일 둘둘 감은 EMI 필터가 들어간 제품이다. 전자파에 대한 미신 때문에 사는 사람이 있는데 원리를 보면 그 미신을 위해서도 쓸모 없다. (...) 필터는 당연히 온갖 노이즈를 기기 회로 대신 둘둘 두르고 있다. 접지로 뱉는 것인데 되려 필터가 회로 바깥으로 전자파를 뿜기나 하지, 뿜어지는 전자기파가 없어질 수는 없다.
이런 제품의 용도는 EMI 필터가 미심쩍은 기기를 쓸때, 혹은 접지가 제대로 되어 있음에도 노이즈가 제대로 배출되지 않거나 다른 기기에서 발생한 노이즈가 자꾸 유입되여 기기의 EMI 필터로 제대로 걸러지지 않는 등 여러모로 짜증나는 상황에서 추가적인 EMI 필터로 쓰는 것이지 공기 중으로 퍼져나가고 있는 전자파를 막으라고 있는 게 아니다.
또 이런 필터는 접지가 되지 않은 상황에서는 무용지물이니 미접지 환경에서 오디오 노이즈 없애겠다고 구입하지 않는 게 좋다. 차라리 집 바닥에 접지선을 연결해 집 바닥으로 노이즈를 유기해버리는 게 낫다.[1] 물론, 접지로 유기한 노이즈가 되돌아오는 것을 막는데에는 도움이 될 수도 없을 수도 있다.
2. 기본적인 작동 개관
EMI 필터는 전기적인 노이즈를 제거하고 단말 기기에 정상적인 전력을 공급하기 위해 여러 토폴로지를 사용하여 상용전원으로부터의 노이즈를 제거한다. 개중에는 미약하지만 서지 프로텍터의 기능을 가지고 있는 경우도 있다. 그러면 이런게 어떤 조합으로 진행되는지 간단하게 살펴보자.주의할 것은 노이즈 필터는 서지 전압에 대해 거의 아무런 역할을 하지 못한다. 잘 통과시킨다.
위 사진의 필터는 Double Z coil 과 Y캡으로 구성된 필터이다.
- 저항을 통해 스파이크에 대한 전력을 방전
- 커패시터를 통한 노이즈 소화
낮은 주파수의 상용주파수와 달리 고조파나 기타 여러 전원노이즈는 상용주파에 비해 푸리에 변환시 더 높은 주파수로 나타나는데, 이 성질을 이용해 커패시터로 상용 주파수의 전원보다 더 높은 비율, 다시말해 더 낮은 등가저항으로서 방전시키는 것이 가능하다.
- Z코일을 통해 노이즈를 저지
- Y캐퍼시터를 통해 노이즈 소화 및 방류
* 캐퍼시터를 통해 노이즈 소화
최종 캐퍼시터가 잔여 노이즈를 마저 흡수한다.
이처럼 여러 부품이 협력하여 거의 대칭적으로 구성되는 것을 알 수 있다. 대칭적인 이유는 노이즈가 기기 내부에서 발생, 전력망으로 방출될 수도 있는데 이것을 잡기 위해서 대칭형으로 구성하게 된다. 다만 이것은 토폴로지에 따라 지원이 되지 않는 경우도 있어 이에 따라 단방향 필터인지 양방향 필터인지가 나뉘어진다.
3. 각 토폴로지별 감쇠 특성
3.1. Z 코일 / 인덕터
다양한 종류의 EMI 필터용 코일들
코일을 감아두면 자기장이 발생하고, 이 자기장이 다시 코일에 전자기 유도를 일으키며 코일에 전류가 흐르는 것을 저지하는 것을 이용, 높은 주파수의 전원 노이즈가 코일에 의해 걸러지는 것을 목적으로 만들어진 필터다. 종류에 따라 2가지 제품으로 나누어진다.
- common mode : 지나가는 전력이 만드는 자기장을 서로 더해지도록 만들어진다. 이렇게 하면 코일 내부에 강한 자기장이 형성되어 높은 인덕턴스를 가진 인덕터로서 기능하게 된다. 넓은 대역의 노이즈를 고루 저지하는것이 특징.
- Differential mode : 지나가는 전력이 만드는 자기장을 서로 상쇄시키도록 만들어진다. 이렇게 하면 코일 내부에 자기장이 정확히 0이 되어 인덕터로서의 기능을 상실한다. 고주파의 높은 특정대역내 노이즈를 매우 강력하게 저지하는것이 특징. CM 모드와 달리 각 상당 1개를 사용한다. 그리고 많이 사용되지 않기 때문에 구하기도 어렵다.
3.2. X 캐퍼시터와 Y 캐퍼시터
X캐퍼시터는 라인과 라인 사이를 직통해서 연결되는 캐퍼시터를 의미한다. 비 대칭적인 전원 노이즈에 대응한다.
Y캐퍼시터는 2개의 캐퍼시터가 직렬로 연결되어 있으며, 중간에 접지 단자가 나와있는 캐퍼시터 구조를 의미한다. 더 높은 수준의 노이즈 저감을 이루어내며, 특히 DC floating 등이 발생할 경우 이를 걸러내기도 한다. 그러나 반드시 접지가 있어야 가동이 된다.
3.3. 저항
고전압의 경우 저항을 쉽게 통과함을 이용, 스파이크를 감쇠한다. 끝.4. MOV 의 적용
일부 EMI 필터들은 강한 보호를 제공하기 위해 EMI 필터의 앞뒤로 MOV 를 달아 EMI 필터가 처리하지 못 할 정도로 강한 노이즈가 들어올 경우 강제로 방전시키기도 한다. 또한 MOV 자체의 정전용량은 고주파 노이즈 감쇠에 도움을 준다. 방법은 다음 4가지가 있다.- Basic Mode MOV : Hot - Neutral 만 연결
- Dual Mode MOV : Hot - Neutral 연결 / Neutral - GND 연결
- Tri-Mode MOV : Hot - Neutral 연결 / Neutral - GND 연결 / Hot - GND 연결
- Quad - Mode MOV : 입력단 Hot - Neutral 연결 / 입력단 Neutral - GND 연결 / 입력단 Hot - GND 연결 / 출력단 Hot - Neutral 연결
순서대로 더 강한 보호를 제공한다.
[1] 물론 출력이 작은 헤드폰 앰프나 DAC에나 이리 해야지 좀 출력 높은걸 저렇게 접지하면 누전 발생시 사람에게 접지되는 (!!!) 사태가 생기니 결국 제대로 접지 공사를 하는 수밖에 없다.[2] 특히히 바로 다음에 오는 코일은 소자 특성 자체가 급격한 전압변화에 저항하여 전류를 저지시키는 역할을 하기때문에 더욱 스파이크가 통과하기 힘들다,