KR20190080613A

KR20190080613A - 노이즈 필터

Info

Publication number: KR20190080613A
Application number: KR1020170183168A
Authority: KR
Inventors: 권민재; 박귀근; 이원우
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-07-08
Also published as: KR102023606B1

Abstract

노이즈 필터가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 노이즈 필터는, 제1 코일 및 제2 코일을 포함하고 전원 입력단 및 전력 공급 장치 사이에서 노이즈를 필터링하는 커몬 모드 초크, 및, 상기 제1 코일에 병렬로 연결되는 제1 필터 회로 및 상기 제2 코일에 병렬로 연결되는 제2 필터 회로를 포함한다.

Description

노이즈 필터{NOISE FILTER}

본 발명은, 저주파 대역의 노이즈를 필터링 하는 커몬 모드 초크에 필터 회로를 병렬로 연결함으로써, 고주파 대역의 노이즈까지 필터링 할 수 있는 노이즈 필터에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치로서 냉동기기, 예를 들어 냉장고나 공기조화기 등의 일부분으로 사용된다.

공기 조화기는 압축기로 냉매를 압축시킨 후 압축된 냉매가 기화하면서 발생되는 열 교환을 통하여 공기를 냉각하는 장치이다.

공기조화기는 압축기, 팬 등에 전동기를 사용하며, 이를 구동하기 위하여 입력전원으로부터 제공된 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 변환된 직류전압을 펄스-폭 변조된 (PWM:Pulse Width Modulation) 전압으로 다시 변환하여 부하에 공급한다.

한편 입력 전원을 변환하여 압축기를 구동하기 위하여 인버터, 컨버터 등을 포함하는 전력 변환 장치가 사용된다. 전력 변환 장치는 전력용 스위칭 소자(SCR, IGBT 등)를 사용하게 되는데, 전력 변환 장치는 노이즈를 발생시키게 된다. 그리고 노이즈가 전원선을 통하여 상용 전원으로 인입되는 것을 방지하기 위하여 각 국가는 전자파 장해(Electromagnetic Interference, EMI) 규제를 두고 있다.

이러한 노이즈에는 전도성 노이즈와 방사성 노이즈가 있으며, 전도성 노이즈와 방사성 노이즈를 감쇄하기 위한 각종 기술이 발전되고 있다. 대한민국 특허공개공보 10-2014-0048948에서는 방사성 노이즈를 억제하기 위한 기술이 소개되어 있다.

한편 전도성 노이즈는 공통모드(CM: Common Mode) 전류 성분에 의한 공통모드 노이즈(Common Mode Noise)와 차동 모드(DM : Differential Mode) 전류 성분에 의한 차동 모드 노이즈(Differential Mode Noise)를 포함한다.

그리고, 전도성 노이즈를 줄이기 위하여 커먼 쵸크(Common Choke), 차동 쵸크, Y 캐패시터(Y-capacitor), X 캐패시터(X-Capacitor) 등으로 노이즈 필터를 구성하는 방식이 이용되고 있다.

한편 기존에는, EMI 개선을 위하여 전도성 노이즈 대책을 위한 커몬 모드 초크(Common mode choke)가 설치되었다. 다만 이러한 커몬 모드 초크(Common mode choke)는 주로 수 MHZ 이하의 저주파수 대역의 노이즈를 저감하는 것으로써, 그 이상의 대역에 대해서는 별도의 대책이 필요한 문제가 있었다.

이러한 점을 보완하기 위하여, 수십 MHZ 이상의 고주파수 대역의 노이즈 대책을 위하여, 또 다른 코어를 전원선에 설치하는 방식이 이용되었다.

다만 이러한 방식은, 추가되는 부품, 코어(core)에 전원선을 감는 등의 비용이 추가되며 부피가 거치기 때문에, 이러한 문제점을 개선할 필요성이 대두되었다.

본 발명은, 저주파 대역의 노이즈를 필터링 하는 커몬 모드 초크에 필터 회로를 병렬로 연결함으로써, 고주파 대역의 노이즈까지 필터링 할 수 있는 노이즈 필터를 제공하기 위함이다.

본 발명의 실시 예에 따른 노이즈 필터는, 전원 입력단 및 전력 공급 장치 사이에서 노이즈를 필터링하는 커몬 모드 초크, 커몬 모드 초크의 제1 코일에 병렬로 연결되는 제1 필터 회로, 및 커몬 모드 초크의 제2 코일에 병렬로 연결되는 제2 필터 회로를 포함한다.

본 발명에 따르면, 제1 필터 회로 및 제2 필터 회로는 고주파수 대역의 노이즈에 대한 필터링을 수행할 수 있으며, 커몬 모드 초크는 제1 필터 회로 및 제2 필터 회로의 장착에도 불구하고 본래의 기능인 저주파수 대역 노이즈를 필터링할 수 있다. 이에 따라 별도의 외장 코어를 두는 것 없이도, 저주파수 대역의 전도성 노이즈와 고주파수 대역의 전도성 노이즈를 모두 감쇄할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 3은 종래의 전도성 노이즈 저감 대책을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 노이즈 필터를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 노이즈 필터(430)의 양호도를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른, 다양한 용량의 캐패시터와 저항으로 필터 회로를 구성하여 양호도를 측정한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른, 다양한 용량의 캐패시터와 저항으로 필터 회로를 구성하여 노이즈 필터의 임피던스를 측정한 실험 결과를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에 개시되는 전원 유지 회로는 공기 조화기에 적용될 수 있다. 다만 이에 한정되지 아니하며, 본 명세서에 개시되는 전원 유지 회로는 냉장고 등 냉매를 압축하기 위한 압축기를 포함하는 모든 기기에 적용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(100)는 실내기(10), 상기 실내기(10)에 연결되는 적어도 하나의 실외기(20), 실내기(10)와 연결되는 리모컨(미도시), 그리고 실내기(10) 및 실외기(20)를 제어하는 제어기(미도시)를 포함할 수 있다.

제어기(미도시)는 실내기(10) 및 실외기(20)와 연결되어 그 동작을 모니터링하고 제어할 수 있다. 이때, 제어기(미도시)는 복수의 실내기에 연결되어 실내기에 대한 운전설정, 잠금설정, 스케줄제어 등을 수행할 수 있다. 제어기(미도시)는 실내기(10) 또는 실외기(20)에 포함되는 구조일 수 있다.

공기조화기(100)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기, 덕트형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 이하 설명의 편의를 위하여 스탠드형 공기조화기를 예로 설명한다.

실외기(20)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브를 포함할 수 있다. 또한, 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함할 수 있다.

실외기(20)는 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 실내기(10)로 냉매를 공급한다. 실외기(20)는 제어기(미도시) 또는 실내기(10)의 요구에 의해 구동되고, 구동되는 실내기(10)에 대응하여 냉/난방 용량이 가변 됨에 따라 실외기(20)에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변 된다.

실내기(10)는 실외기(20)에 연결되어, 냉매를 공급받아 공조 대상으로 냉온 또는 열온의 공기를 토출한다. 실내기(10)는 실내 열교환기와, 실내기팬, 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브, 다수의 센서를 포함할 수 있다.

실외기 및 실내기는 제어기(미도시)와 별도의 통신선으로 연결되어 제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.

리모컨(미도시)은 실내기(10)에 연결되어, 실내기(10)로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기(10)의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때, 리모컨(미도시)은 실내기(10)와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신한다. 이를 위해, 리모컨(미도시)은 데이터를 송신 또는 수신할 수 있는 통신 모듈을 포함할 수 있다.

예를 들어, 사용자는 리모컨(미도시)을 통해 목표 온도를 입력할 수 있다. 이경우, 리모컨(미도시)은 목표 온도에 대한 사용자 입력을 수신하고, 제어기(미도시)로 전송한다.

도 2는 도 1의 실외기와 실내기의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 공기조화기(100)는, 크게 실내기(10)와 실외기(20)로 구분된다.

실외기(20)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 모터(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 모터(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(110)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다.

또한 실외기(20)는, 후술하는 전원 유지 회로를 포함할 수 있다.

실내기(10)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(108)와, 실내측 열교환기(108)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 모터(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.

실내측 열교환기(108)는 적어도 하나가 설치될 수 있다.

압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.

또한, 공기조화기(50)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.

한편, 도 2에서는 실내기(10)와 실외기(20)를 각각 1개씩 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구동장치는 이에 한정되지 않으며, 복수개의 실내기와 실외기를 구비하는 멀티형 공기조화기, 한 개의 실내기와 복수개의 실외기를 구비하는 공기조화기 등에도 적용이 가능함은 물론이다.

도 3은 종래의 전도성 노이즈 저감 대책을 설명하기 위한 도면이다.

전도성 노이즈를 줄이기 위하여, 전원 입력단과 전력 변환 장치 사이에, 커먼 쵸크(Common Choke), 차동 쵸크, Y 캐패시터(Y-capacitor), X 캐패시터(X-Capacitor) 등으로 노이즈 필터를 구성하는 방식이 이용되고 있다.

한편 EMI 개선을 위하여 전도성 노이즈 대책을 위한 커몬 모드 초크(Common mode choke)를 전력 변환 장치와 함께 PCB(500)에 실장하기도 한다.

다만 이러한 커몬 모드 초크(Common mode choke)는 주로 수 MHZ 이하의 저주파수 대역의 노이즈를 저감하는 것으로써, 그 이상의 대역에 대해서는 별도의 대책이 필요한 문제가 있었다.

이러한 점을 보완하기 위하여, 수십 MHZ 이상의 고주파수 대역의 노이즈 대책을 위하여, 외장 코어(core)를 전원선에 별도로 설치하고 전원선을 코어(core)에 감는 방식이 이용되었다.

다만 추가되는 부품, 코어(core)에 전원선을 감는 등의 비용이 추가되며 부피가 거치는 문제가 발생된다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 노이즈 필터를 설명하기 위한 회로도이다.

먼저 전도성 노이즈를 발생시키는 전력 변환 장치에 대해서 간략히 설명하도록 한다.

전력 변환 장치(420)는, 컨버터, DC 링크 캐패시터, 인버터 및 압축기를 포함할 수 있다.

컨버터는 전원 라인(L, N)을 통하여 전원 입력단(410)에 연결되고, 전원 라인(L, N)을 통하여 공급되는 입력 교류 전압을 직류전압으로 변환할 수 있다.

컨버터는, 스위칭 소자 없이 다이오드 등으로 이루어져, 별도의 스위칭 동작 없이 정류 동작을 수행할 수도 있다.

다만 컨버터는 스위칭 소자를 구비하고 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환 등을 수행할 수 있다.

이 경우 전력 변환 장치에 포함되는 마이컴은 컨버터에 컨버터 제어 신호를 출력할 수 있다.

한편 컨버터와 인버터 사이에는 DC 링크 캐패시터가 병렬 연결 될 수 있다.

DC 링크 캐패시터는 컨버터의 출력 단에 병렬 연결되고, DC 링크 캐패시터의 양단에 생기는 직류 전압, 즉 DC 링크 전압을 생성하여 인버터의 입력단으로 인가할 수 있다.

DC 링크 캐패시터는 인버터 내의 스위칭 소자들이 스위칭하는 동안, 스위칭 주파수에 대응하여 발생하는 리플 전압(전압 변동)을 평활화할 수 있다.

또한 DC 링크 캐패시터는, 컨버터에 따라 정류하는 전압, 즉 전원 전압에 따라 변동하는 전압을 평활화할 수 있다.

인버터는 일 단이 직류 링크부에 병렬 접속되고, 타 단이 압축기에 접속될 수 있다. 인버터는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 인버터 제어 신호에 따라 DC 링크 커패시터에 충전된 DC 링크 전압을 구동 전압으로 변환하여 압축기에 공급할 수 있다.

압축기는 모터(미도시)를 포함할 수 있다. 모터(미도시)는 구동 전압을 이용하여 구동력을 발생시키고, 발생된 구동력으로 압축기를 동작할 수 있다.

한편 전력 변환 장치(420)는 노이즈원(noise source)으로 작용할 수 있다. 즉 전력 변환 장치의 구동으로 인하여 노이즈가 발생될 수 있다.

즉, 전원 입력단(410)과 전력 변환 장치(420)를 연결하는 전원 라인(L, N)은 외부 노이즈가 침입히거나, 전력 변환 장치 내부에서 발생한 전도 노이즈가 외부로 유출되는 경로일 수 있다.

따라서 전원 입력단(410)과 전력 변환 장치(420) 사이에는 EMI 개선부(600)가 설치됨으로써, 노이즈를 필터링할 수 있다. 즉 EMI 개선부(600)는 노이즈의 차단, 흡수, 바이패스 등을 수행할 수 있다.

한편 EMI 개선부(600)는 노이즈 필터(430), X 캐패시터(460, 470), Y 캐패시터(440, 450) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

전도성 노이즈는 커몬 모드(CM: Common Mode) 전류 성분에 의한 커몬 모드 노이즈(Common Mode Noise)와 차동 모드(DM : Differential Mode) 전류 성분에 의한 차동 모드 노이즈(Differential Mode Noise)를 포함한다.

그리고 X 캐패시터(460,470)는 차동모드 노이즈의 억제를 위해 사용되며, Y 캐패시터(440, 450)와 커몬 쵸크(433)는 커몬 모드 노이즈를 억제하기 위해 사용될 수 있다.

차동모드 노이즈는 단상 전원공급을 위한 2개의 라인(L, N) 사이에 존재하는 노이즈로써, X 캐패시터(460,470)에 의한 저감 효과가 뛰어나다.

X 캐패시터(460,470)는 차동모드 노이즈에 대한 단락(Shunt) 경로를 구성함으로써 차동모드 노이즈가 외부로 유출되지 않도록 할 수 있다.

커몬 모드 노이즈는 단상 전원공급을 위한 2개의 라인(L, N)과 대지면 접지(GND)사이에 존재하는 노이즈로써, 전력 변환 장치(420) 및 부하 전체와 대지면 접지 사이에 존재하는 노이즈로 볼 수 있다.

커몬 모드 노이즈는 Y 캐패시터(440,450) 및 커먼 쵸크(433)의 조합으로써 억제 할 수 있다. Y 캐패시터(440,450)는 커몬 모드 노이즈에 대해 대지면으로의 단락 경로를 구성함으로써, 커몬 모드 노이즈를 제품 밖으로 내보내지 않고 제품 내부의 노이즈 원으로 바이패스(bypass)시키는 역할을 한다.

커몬 모드 초크(433)는 제1 코일(L1) 및 제2 코일(L2)을 포함하고, 전원 입력단(410) 및 전력 공급 장치 사이(420)에서 노이즈를 필터링할 수 있다.

구체적으로, 커몬 모드 초크(433)는 두개의 코일(L1, L2)가 하나의 코어에 감긴 구조로, 제1 코일(L1)은 제1 전원 라인(L)에, 제2 코일(L2)는 제2 전원 라인(N)에 연결될 수 있다.

이 경우 제1 코일(L1)의 일단(511)은 전력 변환 장치(420)에 연결될 수 있고 제1 코일(L1)의 타단(512)은 전원 입력단(410)에 연결될 수 있다.

또한 제2 코일(L2)의 일단(521)은 전력 변환 장치(420)에 연결될 수 있고 제2 코일(L2)의 타단(522)은 전원 입력단(410)에 연결될 수 있다.

한편 노이즈 필터(430)는, 커몬 모드 초크(433), 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)를 포함할 수 있다.

여기서 제1 필터 회로(436)는 제1 코일(L1)에 병렬로 연결될 수 있다.

구체적으로 제1 필터 회로(436)의 일단은 제1 코일(L1)의 일단(511)에, 제1 필터 회로(436)의 타단은 제1 코일(L1)의 타단(512)에 연결될 수 있다.

또한 제2 필터 회로(439)는 제2 코일(L2)에 병렬로 연결될 수 있다.

구체적으로 제2 필터 회로(439)의 일단은 제2 코일(L2)의 일단(521)에, 제2 필터 회로(439)의 타단은 제2 코일(L2)의 타단(522)에 연결될 수 있다.

한편 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)는 저항과 캐패시터를 포함할 수 있다.

구체적으로 제1 필터 회로(436)는 제1 저항(R1) 및 제1 캐패시터(C1)를 포함할 수 있다. 이 경우 제1 저항(R1) 및 제1 캐패시터(C1)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 즉 제1 필터 회로(436)는 제1 저항(R1) 및 제1 저항(R1)과 직렬로 연결되는 제1 캐패시터(C1)를 포함할 수 있다.

또한 제2 필터 회로(439)는 제2 저항(R2) 및 제2 캐패시터(C2)를 포함할 수 있다. 이 경우 제2 저항(R2) 및 제2 캐패시터(C2)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 즉 제2 필터 회로(439)는 제2 저항(R2) 및 제2 저항(R2)과 직렬로 연결되는 제2 캐패시터(C2)를 포함할 수 있다.

한편 커몬 모드 초크(433)는 저주파수 대역의 노이즈를 필터링 할 수 있다.

예를 들어 커몬 모드 초크(433)는 수 MHZ 이하, 즉 10MHZ보다 작은 주파수 대역의 노이즈를 감쇄할 수 있다.

한편 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)는 고주파수 대역의 노이즈를 필터링 할 수 있다.

예를 들어 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)는 수십 MHZ 이상, 즉 10MHZ보다 큰 주파수 대역의 노이즈를 감쇄할 수 있다.

한편 퓨즈(480)는 과전압이나 과전류 발생시, 전력 변환 장치(420)로 인가되는 입력 전원을 차단할 수 있다.

한편 퓨즈(480), EMI 개선부(600) 및 전력 변환 장치(420)는 하나의 PCB에 실장될 수 있다.

도 6은 노이즈 필터(430)의 양호도를 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른, 다양한 용량의 캐패시터와 저항으로 필터 회로를 구성하여 양호도를 측정한 실험 결과를 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른, 다양한 용량의 캐패시터와 저항으로 필터 회로를 구성하여 노이즈 필터의 임피던스를 측정한 실험 결과를 나타내는 도면이다.

양호도(Quality Factor, Q)란 손실이 있는 공진 회로의 양호도를 나타내는 양으로써, 인덕터에서는 임피던스의 실수부에 대한 허수부의 비로 나타내어 진다.

양호도(Quality Factor, Q)를 산출하는 수식은 다음과 같다.

수학식 1과 도 6을 참고하면, 양호도(Quality Factor, Q)가 작을수록 임피던스의 실수부 성분(저항 성분)이 더 높아지게 된다. 그리고 임피던스의 실수부 성분(저항 성분)이 높을수록 노이즈 필터(430)를 통과하는 노이즈의 손실이 높아지기 때문에, 노이즈 필터(430)의 성능을 높이기 위해서는 양호도(Quality Factor, Q)를 낮게 조절하는 것이 필요하다.

한편 커몬 모드 초크(433)의 저감 목표 주파수 대역을 이하에서는 저주파수 대역이라고 지칭하도록 한다.

그리고 커몬 모드 초크(433)의 저감 목표 주파수 대역이 150[kHz] ~ 10[MHz]으로 설계되었다고 가정하여 설명한다.

그리고 종래 기술에서 외장 코어(core)의 저감 목표 주파수 대역을 이하에서는 고주파수 대역이라고 지칭하도록 한다. 또한 고주파수 대역은 제1 필터 회로 및 제2 필터 회로의 저감 목표 주파수 대역일 수 있다.

그리고 제1 필터 회로 및 제2 필터 회로의 저감 목표 주파수 대역, 즉 고주파수 대역이 10[MHz] 이상인 것으로 가정하여 설명한다.

도 7의 Y축은 양호도(Q)를 나타낸 것으로, 도 7의 제1 그래프(710)는 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439) 없이 커몬 모드 초크(433)를 단독으로 사용했을 경우의 노이즈 필터(430)의 양호도(Q)를 나타낸 그래프이다.

도 7의 제1 그래프(710)를 참고하면, 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439) 없이 커몬 모드 초크(433)를 단독으로 사용하는 경우, 저주파수 대역에서의 양호도(Q)는 다른 대역에서의 양호도(Q)에 비하여 상대적으로 낮게 유지되는 것을 알 수 있다.

다만 고주파수 대역에서의 양호도(Q)는 상대적으로 높게 유지되며, 따라서 노이즈 필터(430)가 고주파수 대역의 노이즈를 필터링 하기 위해서는 고주파수 대역의 양호도(Q)를 낮추는 것이 필요하다는 것을 알 수 있다.

한편 고주파수 대역의 양호도(Q)를 유지하는 것과 함께, 기존의 임피던스 특성을 유지하는 것도 중요하다.

구체적으로, 고주파수 대역의 양호도(Q)를 낮추기 위하여 커몬 모드 초크(433)에 캐패시터를 연결하였으나, 이로 인하여 저주파수 대역에 대한 임피던스가 낮아지는 경우에는, 고주파수 대역에 대한 필터링 성능이 강화될 지언정 저주파수 대역에 대한 필터링 성능은 약화된다.

따라서, 고주파수 대역의 양호도(Q)를 낮추면서도 저주파수 대역에서의 임피던스를 유지할 수 있는 설계가 요구된다.

따라서 본 발명은, 저항 및 저항과 직렬로 연결되는 캐패시터를 커몬 모드 초크(433)에 병렬로 연결함으로써, 고주파수 대역의 양호도(Q)를 낮출 수 있다.

구체적으로, 제1 필터 회로(436)는 제1 저항(R1) 및 제1 저항(R1)과 직렬로 연결된 제1 캐패시터(C1)를 포함할 수 있다.

또한 제1 필터 회로(436)는 커몬 모드 초크(433)의 제1 코일(L1)과 병렬로 연결되어, 제1 전원 라인(L)을 통과하는 노이즈를 필터링 할 수 있다.

또한, 제2 필터 회로(439)는 제2 저항(R2) 및 제2 저항(R2)과 직렬로 연결된 제2 캐패시터(C2)를 포함할 수 있다.

또한 제2 필터 회로(439)는 커몬 모드 초크(433)의 제2 코일(L2)과 병렬로 연결되어, 제2 전원 라인(N)을 통과하는 노이즈를 필터링 할 수 있다.

여기서 커몬 모드 초크(433)는 주로 저주파수 대역의 노이즈를 필터링 하는데 반해, 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)는 주로 고주파수 대역의 노이즈를 필터링 할 수 있다.

여기서 제1 필터 회로(436)의 제1 저항(R1) 및 제2 필터 회로(439)의 제2 저항(R2)는 저주파수 대역에서의 임피던스 특성을 기존과 유사하게 유지시키는 역할을 할 수 있다.

예를 들어 제1 필터 회로(436)의 제1 저항(R1) 및 제2 필터 회로(439)의 제2 저항(R2)의 존재로 인하여, 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)가 장착되었을 때 저주파수 대역에서의 임피던스의 크기는, 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)가 제거되었을 때 저주파수 대역에서의 임피던스의 크기와 일정 값 이내의 차이를 나타낼 수 있다.

즉 제1 필터 회로(436)의 제1 저항(R1) 및 제2 필터 회로(439)의 제2 저항(R2)는, 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)의 연결과 제거에 관계 없이, 커몬 모드 초크(433)가 본래의 성능을 유지하도록 할 수 있다. 이를 위하여 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)은 일정한 크기 이상으로 설게될 수 있다.

또한 본 발명은, 저항과 캐패시터의 적절한 조합을 통하여 고주파수 대역에서의 양호도(Q)를 낮출 수 있다.

구체적으로 제1 필터 회로(436)가 장착되었을 때의 제1 코일(L1), 제1 케패시터(C1) 및 제1 저항(R1)의 조합에 의한 고주파수 대역의 양호도는, 제1 필터 회로(436)가 제거되었을 때의 제1 코일(L1)에 의한 고주파수 대역의 양호도보다 작을 수 있다.

또한 제2 필터 회로(439)가 장착되었을 때의 제2 코일(L2), 제1 케패시터(C2) 및 제1 저항(R1)의 조합에 의한 고주파수 대역의 양호도는, 제2 필터 회로(439)가 제거되었을 때의 제2 코일(L2)에 의한 고주파수 대역의 양호도보다 작을 수 있다.

여기서 필터 회로(436, 439)가 장착되었을 때 고주파수 대역의 양호도가 필터 회로(436, 439)가 제거되었을 때 고주파수 대역의 양호도보다 작다는 의미는, 모든 고주파수 대역에서 양호도가 더 작다는 것을 의미할 수 있다.

다만 이에 한정되지 아니하며, 필터 회로(436, 439)가 장착되었을 때 고주파수 대역에서의 평균 양호도가, 필터 회로(436, 439)가 제거되었을 때 고주파수 대역에서의 평균 양호도보다 작다는 것을 의미할 수도 있다.

한편 캐패시터(C1, C2)값이 증가하는 경우, 고주파수 대역에서 양호도는 낮아질 수 있다. 다만 캐패시터(C1, C2)값이 증가함에 따라 임피던스까지 감소할 수 있다. 따라서, 캐패시터(C1, C2)를 이용하여 고주파수 대역에서의 양호도를 낮추면서도 노이즈 필터의 임피던스는 적절히 유지하는 것이 필요하다.

따라서, 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)의 장착 및 제거에 따른 저주파수 대역에서의 임피던스의 변동율은, 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)의 장착 및 제거에 따른 고주파수 대역에서의 양호도의 변동율보다 작도록 설계될 수 있다.

구체적으로 제1 필터 회로(436)가 장착되었을 때 제1 코일(L1), 제1 케패시터(C1) 및 제1 저항(R1)의 조합에 의한 저주파수 대역에서의 임피던스와, 제1 필터 회로(436)가 장착되었을 때의 제1 코일(L1)에 의한 저주파수 대역에서의 임피던스는 상이할 수 있다. 이 경우 저주파수 대역에서의 임피던스가 상이한 정도를 저주파수 대역에서의 임피던스의 변동율이라 정의할 수 있다.

또한 제1 필터 회로(436)가 장착되었을 때의 제1 코일(L1), 제1 케패시터(C1) 및 제1 저항(R1)의 조합에 의한 고주파수 대역의 양호도와, 제1 필터 회로(436)가 제거되었을 때의 제1 코일(L1)에 의한 고주파수 대역의 양호도는 상이할 수 있다. 이 경우 고주파수 대역에서의 양호도가 상이한 정도를 고주파수 대역에서의 양호도의 변동율이라 정의할 수 있다.

그리고 저주파수 대역에서의 임피던스 변동율은 고주파수 대역에서의 양호도의 변동율보다 작을 수 있다.

즉, 제1 케패시터(C1) 및 제1 저항(R1)을 적절히 설계하여 제1 코일(L1)에 병렬로 연결함으로써, 저주파수 대역에서 임피던스를 제1 코일(L1)만 있을 때와 유사하게 유지함과 동시에, 고주파수 대역에서의 양호도는 제1 코일(L1)만 있을 때보다 낮출 수 있다.

이에 따라, 별도의 외장 코어(320)를 두는 것 없이도, 노이즈 필터(430)의 제1 코일(L1)은 본래의 기능인 저주파수 대역 노이즈의 필터링을 수행할 수 있으며, 노이즈 필터(430)의 제1 필터 회로(436)는 외장 코어(320)가 담당하던 고주파수 대역 노이즈의 필터링을 수행할 수 있다.

또한 제2 코일(L2)과 제2 필터 회로(439) 역시, 동일한 원리로 기능할 수 있다.

한편 앞서 10MHZ를 기준으로 저주파수 대역 및 고주파수 대역을 구분하는 것으로 설명하였으나 이는 하나의 예시일 뿐 이에 한정되지 않는다.

구체적으로 저주파수 대역과 고주파수 대역은, 코일(L1, L2), 저항(R1, R2) 및 캐패시터(C1, C2)의 조합에 따라 결정될 수 있다.

더욱 구체적으로, 저주파수 대역과 고주파수 대역은 노이즈 필터(430)의 공진 주파수를 기준으로 구분될 수 있다.

예를 들어 제1 코일(L1)과 제1 저항(R1) 및 제1 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 회로에서, 저주파수 대역 및 고주파수 대역을 구분하는 기준은 제1 코일(L1)과 제1 저항(R1) 및 제1 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 회로의 공진 주파수가 될 수 있다.

그리고 저주파수 대역 및 고주파수 대역은, 제1 캐패시터(C1) 값을 조절하는 방식으로 결정될 수 있다.

예를 들어 제1 캐패시터(C1) 값이 커지는 경우에는 고주파수 대역의 시작점이 낮아질 수 있으며, 제1 캐패시터(C1) 값이 작아지는 경우에는 고주파수 대역의 시작점이 높아질 수 있다. 즉 저주파수 대역 및 고주파수 대역은 캐패시터 값의 변경에 따라 결정될 수 있다.

도 7, 도8 및 표 1은, 본 발명의 실시 예에 따른 노이즈 필터의 설계 과정을 설명하기 위한 도면이다.

	양호도(Q)		임피던스
주파수	30MHz	86MHz	150kHz	1MHz	30MHz
코일	1.76	6.6	2.9kΩ	3.6kΩ	799Ω
코일 + 1kΩ저항 + 1pF 캐패시터	1.95	5.79	2.9kΩ	3.6kΩ	701Ω
코일 + 1kΩ저항 + 10pF 캐패시터	1.07	3.6	2.9kΩ	3.2kΩ	487Ω
코일 + 1kΩ 저항 + 100pF 캐패시터	0.71	3.47	3.6kΩ	1.3kΩ	506Ω

코일(L1, L2)은 2.5Mh의 페라이트 코일을 사용하였으며, 저항(R1, R2)는 1kΩ 저항을 고정하여 사용하였고, 캐패시터(C1, C2)를 변경시켜가면서 실험하였다.

도 7의 제1 그래프(710)는 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439) 없이 커몬 모드 초크(433)를 단독으로 사용했을 경우의 노이즈 필터(430)의 양호도(Q)를 나타낸 그래프이다.

그리고 도 7의 제2 그래프(720)는 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)가 장착되었고, 1pF의 캐패시터(C1, C2)를 사용했을 때의 노이즈 필터(430)의 양호도(Q), 도 7의 제3 그래프(730)는 10 pF의 캐패시터(C1, C2)를 사용했을 때의 노이즈 필터(430)의 양호도(Q), 도 7의 제4 그래프(730)는 100pF 의 캐패시터(C1, C2)를 사용했을 때의 노이즈 필터(430)의 양호도(Q)를 나타내었다.

또한, 도 8의 제1 그래프(810)는 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439) 없이 커몬 모드 초크(433)를 단독으로 사용했을 경우의 노이즈 필터(430)의 임피던스를 나타낸 그래프이다.

그리고 도 8의 제2 그래프(820)는 제1 필터 회로(436) 및 제2 필터 회로(439)가 장착되었고, 1pF 의 캐패시터(C1, C2)를 사용했을 때의 노이즈 필터(430)의 임피던스, 도 8의 제3 그래프(830)는 10 pF 의 캐패시터(C1, C2)를 사용했을 때의 노이즈 필터(430)의 임피던스, 도 8의 제4 그래프(830)는 100pF 의 캐패시터(C1, C2)를 사용했을 때의 노이즈 필터(430)의 임피던스를 나타내었다.

먼저, 고주파수 대역에서 양호도가 낮아질수록, 고주파수 대역의 노이즈에 대한 필터링 성능이 향상된다. 따라서, 86MHz에서 양호도(Q)가 많이 낮아지는 10 pF 의 캐패시터와 100 pF 의 캐패시터를 선택할 수 있다.

또한, 저주파수 대역에서 임피던스 특성이 기존의 특성과 유사하게 유지되어야, 저주파수 대역의 노이즈에 대한 필터링 성능이 유지될 수 있다.

100Pf 캐패시터의 경우, 1MHz에서의 임피던스(1.3kΩ)가 코일만 있을 경우의 임피던스(3.6kΩ)보다 훨씬 낮아지는 것을 알 수 있다. 또한 10pF 캐패시터의 경우, 1MHz에서의 임피던스(3.2kΩ)가 코일만 있을 경우의 임피던스(3.6kΩ)와 큰 차이 없이 유지되는 것을 알 수 있다.

따라서 10pF 캐패시터를 선택하고, 2.5mH 코일에 1kΩ 저항 및 10pF 캐패시터를 병렬로 연결한 노이즈 필터를 구성하여, 저주파수 대역의 노이즈 및 고주파수 대역의 노이즈를 모두 필터링 할 수 있다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 마이컴(480)를 포함할 수도 있다. 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

430: 노이즈 필터 433: 커몬 모드 초크
436: 제1 필터 회로 439: 제2 필터 회로

Claims

제1 코일 및 제2 코일을 포함하고, 전원 입력단 및 전력 공급 장치 사이에서 노이즈를 필터링하는 커몬 모드 초크; 및
상기 제1 코일에 병렬로 연결되는 제1 필터 회로 및 상기 제2 코일에 병렬로 연결되는 제2 필터 회로를 포함하는
노이즈 필터.
제 1항에 있어서,
상기 커몬 모드 초크는,
저주파수 대역의 노이즈를 필터링 하고,
상기 제1 필터 회로 및 상기 제2 필터 회로는
고주파수 대역의 노이즈를 필터링 하는
노이즈 필터.
제 1항에 있어서,
상기 제1 필터 회로 및 상기 제2 필터 회로는,
저항 및 캐패시터를 포함하는
노이즈 필터.
제 1항에 있어서,
상기 제1 필터 회로는,
제1 저항 및 상기 제1 저항과 직렬로 연결되는 제1 캐패시터를 포함하고,
상기 제2 필터 회로는,
제2 저항 및 상기 제2 저항과 직렬로 연결되는 제2 캐패시터를 포함하는
노이즈 필터.
제 2항에 있어서,
상기 제1 필터 회로 및 상기 제2 필터 회로가 장착되었을 때의 상기 고주파수 대역에서의 양호도는, 상기 제1 필터 회로 및 상기 제2 필터 회로가 제거되었을 때의 상기 고주파수 대역에서의 양호도보다 작은
노이즈 필터.
제 2항에 있어서,
상기 제1 필터 회로 및 상기 제2 필터 회로의 장착 및 제거에 따른 상기 저주파수 대역에서의 임피던스의 변동율은, 상기 제1 필터 회로 및 상기 제2 필터 회로의 장착 및 제거에 따른 상기 고주파수 대역에서의 양호도의 변동율보다 작은
노이즈 필터.
제 2항에 있어서,
상기 저주파수 대역 및 상기 고주파수 대역은,
상기 노이즈 필터의 공진 주파수를 기준으로 구분되는
노이즈 필터.