[ 전자/ 페라이트 비드 ] FERRITE BEAD 선정하는 방법

페라이트 비드 선정하는 방법

비드를 선정하는 기준은  용도와 목적이다!

용도 및 목적

용도 및 목적 : 고주파 노이즈 필터링

고주파 노이즈 필터링 란?

- 특정 주파수의 노이즈를 효과적으로 제거하는 것이 주목적

- 필터링하려는 주파수에서 최대 임피던스를 파악하여 선정.

( *해당 주파수에서 높은 임피던스를 가진 제품을 선택. or 주로 데이터시트에서 제공되는 주파수-임피던스 곡선을 참고)

- 노이즈 : 신호의 전환에 의해 발생하는 고주파 노이즈를 억제하는 것이 중요

Impedance (at 100 MHz) (임피던스 @ 주파수)

- 100 MHz를 기준으로 Impedane 값을 표시함

- ex) USB 2.0 최대 전송 속도 480 Mbps =  노이즈 주파수 대역 240 Mhz 

( 참고 * 일반적으로 펄스 신호의 최대 주파수는 전송 속도의 절반이 됨.

즉, 480 Mbps의 신호에서 주요 주파수 성분은 480 / 2 = 240 MHz.)

- 필터링 주파수 240 Mhz에서 임피던스가 높은 것을 선택

Rated Current (전류 정격)

- 온도에 따라서 전류의 값이 달라임 (Rated Current (at 125℃) / Rated Current (at 85℃)

- ex) USB 2.0의 신호 라인의 흐르는 전류는 일반적으로 100mA이하 이므로 약 3배로  300mA 이상으로 선정해 줌

DC Resistance (DC 저항)

- 직류 저항이 높을수록 신호에 영향을 주고 전압 강하를 발생할 수 있으므로 낮은 저항을 선택

- DC 저항 (0.1Ω 이하) 추천 

BLM18AG601SN1

BLM18AG601SN1 -Impedance-Frequency Characteristics

Impedance-Frequency Characteristics 분석하는 법

Z (빨간색): 

- 총 임피던스(Ω)로, 주파수에 따른 페라이트 비드의 전체적인 노이즈 억제 능력을 나타냄

- ex) USB 2.0의  필터링 주파수 240 Mhz 일 때 임피던스는 대략 700 임피던스(Ω)라는 말.

R (파란색):

- 저항 성분(Ω)으로, 비드의 주파수에 따른 저항 값을 나타냄.- 고주파 영역에서 페라이트 비드가 저항 역할을 함으로써 노이즈를 흡수하는 것을 보여줌.

- ex) USB 2.0의  필터링 주파수 240Mhz 일 때 저항 성분은 0.38 (Ω) 보다 높

X (녹색):

-리액턴스 성분(Ω)으로, 페라이트 비드가 인덕턴스로서 작용하는 정도를 나타냄.

 

사진 및 자료 출처: https://www.murata.com/

 

용도 및 목적 :  EMI 억제 ( DC-DC 컨버터 전원 라인 )

EMI 억제 ( DC-DC 컨버터 전원 라인 )란?

-  EMI 억제용 페라이트 비드는 더 넓은 주파수 대역에서 노이즈를 감소시키는 데 사용됨

- 목표는 특정 주파수가 아니라 광범위한 고주파 노이즈를 줄이는 것.

Impedance (at 100 MHz) (임피던스 @ 주파수)

- 100 MHz를 기준으로 Impedane 값을 표시함

- DC-DC 컨버터의 스위칭 주파수에 영향을 받음

(일반적으로 IC 500 kHz부터 10 MHz / 모듈일 경우 :GHz까지 광범위함)

-넓은 주파수 대역에서 일정한 임피던스 증가를 제공하는 페라이트 비드를 선택.

**높은 임피던스**는 고주파 노이즈를 효과적으로 억제하지만, 신호 감쇠의 위험이 있음.

**낮은 임피던스**는 신호 감쇠가 적지만, 노이즈 억제 효과가 제한될 수 있음.

- IC 기준으로  100~200 기준으로 선정 (신호의 감쇠를 우려)

- 모듈일 때 Impedance (at 1 MHz) 1 MHz 이상의 주파수 대역에서 100Ω 이상의 임피던스인 것 선택.

Rated Current (전류 정격)

- 온도에 따라서 전류의 값이 달라임 (Rated Current (at 125℃) / Rated Current (at 85℃)

- ex) DC-DC 컨버터 출력 전류 1A 이면 약 3배 이상으로 3A 선정해 줌

- 사이즈가 클수록 (Rated Current (at 125℃) / Rated Current (at 85℃)) 범위가 늘어남.

DC Resistance (DC 저항)

- 직류 저항이 높을수록 신호에 영향을 주고 전압 강하를 발생할 수 있으므로 낮은 저항을 선택

- DC 저항 (0.05Ω 이하) 추천

- DC 저항의 값이 높을 경우 : 전압 강하증가 

•  V(drop) = I  * R(DC) 
•  I: DC-DC 컨버터의 출력 전류 2A
• R(DC): 0.5 Ω
• 1V = 2A * 0.5 Ω    즉 1V 전압강하가 발생 할수 있음.

MPZ2012S221AT000

MPZ2012S221AT000

사진 및 자료 출처:https://product.tdk.com/

 

 

Impedane (임피던스)  왜 고주파에서 증가 되는가?

 - 고주파에서 인덕터처럼 동작하여 리액턴스가 커지며, 이로 인해 임피던스도 증가  (Z=j2πfL)

 Z : 임피던스 / j: 허수 단위 / f: 주파수 (Hz) / L: 인덕턴스 (H).

Impedance ( 임피던스 ) 높으면 왜 좋은 걸까?

- 특성: 고주파 성분을 열 에너지로 변환하여 흡수하여 소멸시킴 ( 고주파 노이즈 전류 I를 줄이는 것이 목적 )

 즉  임피던스가 높아지면서 전류가 감소하게 됨

* DC 전압과 신호도 자세히 확대하면 아날로그의 형태로 이루어져 있음!

- V=I×Z 

 + V는 교류 전압(노이즈 전압) / I는 교류 전류(노이즈 전류) / Z는 페라이트 비드의 임피던스

- I =V/Z

 예시)  전원 라인에 고주파 노이즈가 발생, 크기는 1V라고 가장하자

 - Z :  낮은 임피던스 10 Ω 

 - 1 (V) /10 ( Ω ) = 0.1 A

 

 - Z :  높은 임피던스 100 Ω 

 - 1 (V) /100 ( Ω ) = 0.01 A

 

결론: 임피던스가 높으면 노이즈 전류가 작아지기 때문에 회로에 유입되는 노이즈가 줄어듬.

(*아날로그 회로에서 전원라인 중요! 노이즈 제거!)

마무리

페라이트 비드 결과 적으로 필터의 역할을 위해서 사용한다. 각 용도와 목적에 맞는 부품을 선택하는 것이 중요하다.