전원 SMPS에서의 노이즈 원인과 줄일 수 있는 방법 총정리

비행기에서 왜 전자기기 사용을 금지할까?

예전에는 비행기를 타면 모든 전자기기의 전원을 반드시 끄도록 의무화 되었습니다.  비행기 운항에 방해가 되니 끄라는 것일텐데 이유가 무엇인지 설명해 주는 곳이 없어 궁금했습니다. 또한 전자기기 사용을 중단하라는 승무원들의 강압적인 요구에 일부 승객들은 강력히 항의를 하기도 했지요 !!

그런데 최근에는 비행기에서의 전자기기 사용 규제가 다시 완화 되었다고 합니다. 이제는 비행기 이착륙 과정에서도 전자기기를 제한적으로 이용할 수 있는 것이지요 ! 

그렇다면 왜 전자기기 사용을 제한하는 것일까요 ? 정책은 왜 이리 오락가락 하는 걸까요 ?

전자기기의 사용을 제한하는 이유에 대한 궁금증, Source: Clip art

전자기기 사용 제한의 주범은 노이즈(Noise) !

전자기기 사용 제한은 항공기에만 있는 것은 아닙니다. 큰 병원에 가면 대부분 병실 내에서 전자 기기의 사용을 제한합니다. 그 이유는 병원의 정밀 전자 기기 운영에 전자기기에서 나오는 노이즈 또는 정상적인 신호인 전자파가 영향을 줄 수 있기 때문이지요.

그렇다면 전자파는 무엇일까요 ? 전자파의 정확한 용어는 전자기파이며, 통상적으로 얘기하는 전파도 이에 해당됩니다. 그런데 전자파는 스마트폰 등이 고유의 통신 기능 구현을 위해 발생 시키는 것 외에 원치 않는 것도 발생합니다. 따라서 이를 노이즈(Noise) 또는 잡음이라고 표현하고 이를 최소화 하려고 노력 하는 것이지요 !

노이즈는 실제 일상 생활에서 쉽게 겪을 수 있는 것입니다. 라디오를 듣고 있을 때 갑자기 잘 나오던 방송에 '찍찍'거리는 소음이 들려옵니다. TV 방송이라면 화면이 깨져 보이기도 하지요 !  마치 서로 대화를 나누고 있을 때 원치 않는 사람의 목소리가 들려오는 것과 같아 잡음이라고 표현합니다. 그러나  이 역시 전자기파이며, 소리로 오해 하지 않길 바랍니다.

노이즈는 전자기기의 숙명이자 피할 수 없는 운명

노이즈는 왜 발생할까요 ? 전자기기 중 꺼졌다가 켜지는 모든 것은 노이즈를 발생 시킨다고 보아도 무방합니다. 집에서 조명을 켜는 경우에도 발생하며, 전자렌지를 돌릴 때도 발생 합니다. 또한 진공 청소기나 세탁기, 냉장고 등의 전기 모터가 돌아갈 때도 나오지요 ! 컴퓨터에서도 나오며, 스마트폰도 이를 발생 시킵니다.

한마디로 대부분의 전자기기는 본원적으로 노이즈를 발생 시키며, 얼마나 제품을 잘 만들었는지에 따라 그 수준이 최소화 될 뿐인 것이지요 ! 노이즈 발생은 전자기기의 숙명이라는 의미입니다.

노이즈는 어떻게 방지할 수 있을까 ?

그렇다면 노이즈 발생을 줄이는 것이 무척 중요합니다. 그렇다면 어떻게 줄일 수 있을까요 ?

위에서 설명 드린 것처럼 노이즈는 전자 기기들이 내뿜는 나쁜 신호들의 집합이며, 환경 오염과 비슷한 것입니다. 전자기기들이 많이 사용되는 환경에서 이로 인한 사고를 줄이려면 전자기기기들이 서로 최소화 하기 위해 노력해야만 합니다. 정확히는 해당 제품을 만드는 기업들이 신경을 좀 더 써야 하는 것이지요 !

노이즈를 줄이기 위해서는 발생되는 쪽에서, 신호가 전달되는 과정에서 또는 수신하는 쪽에서 이를 줄이려는 노력을 해야 합니다. 노이즈가 전자기파이기에 구리 선으로 서로 직접 연결되어 있지 않더라도 충분히 영향을 주고 받을 수 있습니다.

이러한 전자기파에 의한 간섭 또는 교란, 장애를 EMI(Electro Magnetic Inteference)라고 부르며, 전자 기기 설계자들이 매우 중요시 하는 부분 중의 하나입니다.


노이즈를 줄이는 자세한 방법은 다음과 같습니다.

노이즈를 실질적으로 줄이기 위해서는 아래와 같은 방법들이 사용됩니다.

접지(Ground) 관리: 접지라 함은 땅에 연결 시킨다는 의미입니다. 모든 사람들이 공통적으로 이용하는 땅인 지구(Ground 또는 Earth, 어쓰)의 전압을 표준으로 이용하는 것이지요. 전압이라는 것이 특정 기준 점에 대한 상대적인 값이기에 접지의 선택은 무척 중요합니다.

또한 접지의 전압 레벨 변동은 전자기기의 동작을 불안하게 하고, 여러가지 원치 않는 노이즈를 만들어 냅니다. 따라서 노이즈를 줄일 수 있는 방법은 전자기기를 접지 저항이 낮은 접지점에 연결하여 접지의 레벨 변동을 최소화 하는 것입니다.

좋은 접지를 찾을 수 없는 경우에는 집에 들어오는 수도 파이프에 -를 연결해도 좋습니다. 수도 파이프가 땅 속에 묻혀 들어와 땅과 접촉면이 무척 넓기 때문입니다.

부품이나 기기의 배치: 전자 기기 내에는 회로 보드가 들어 있습니다. PCB(Printed Circuit Board)라고도 불리는데 여기에 여러 부품들이 실장되어 있습니다. 그런데 부품들간의 상호 작용에 의해 노이즈가 발생되기도 합니다. 따라서 PCB에 부품들을 배치할 때 서로 영향이 최소화 되도록 하는 것이 또다른 노이즈 절감 대책입니다

이러한 예로는 입력단과 출력단의 구분, 고압과 저압단의 구분, 아날로그와 디지털 단의 구분 등이 있습니다. 실제로 모니터 내부에는 SMPS, AD보드, 인버터 보드, 패널 보드 등이 따로 존재합니다.

또한 PCB의 패턴 굵기, 패턴의 경로 등도 영향을 주며, 이러한 노하우가 설계자의 차별화된 역량이기도 합니다.

좋은 부품의 선택: 전자 부품 중에는 같은 종류이더라도 노이즈에 강하거나 노이즈 발생이 적은 것이 있습니다 따라서 노이즈를 줄이기 위해서는 좋은 부품을 선택하는 것도 좋습니다. 그러나 가격이 문제이겠지요 !

차폐나 필터링: 전자기기의 노이즈를 외부로 내보내지 않거나 외부의 노이즈가 들어오지 않도록 하려면 전자기기를 밀봉하면 됩니다. 이때 밀봉이라 함은 접착제로 붙이는 것이 아닌 전자기적인 밀봉입니다. 이를 위해서는 금속으로 되어 있는 케이스에 접지(Ground)를 연결합니다. 이렇게 되면 전자기적으로 차폐가 됩니다.

또한 전자기기의 입력단에는 어쩔 수 없이 유입되는 외부의 노이즈를 차단하거나 걸러낼 수 있는 필터(Filter) 회로가 들어 있습니다. 마치 정수기에서 나쁜 물질을 걸러내는 필터와 같은 역할이지요 !

 
서로 연결되어 있는 전자기기의 노이즈, 서로 도울 때 좋아짐 !

전자기기들은 각자 존재합니다. 그러나 노이즈라는 전자기적인 세상에서는 함께 존재하며 영향을 주고 받습니다.

따라서 누구 하나만 잘 한다고 하여 좋아지지는 않습니다. 어떤 전자기기에서 노이즈를 많이 발생 시키면 이것이 주변에 있는 다른 모든 전자기기의 작동을 방해할 수 있다는 의미입니다.

따라서 전자기기를 만드는 설계자나 제조업체들은 서로 전자기적인 노이즈 발생을 최소화 하기 위해 노력해야만 합니다. 마치 '공유지의 비극'이라는 경제학 논리처럼 서로 함께 쓰는 것을 먼저 보호해야 하는 것이지요 !(공유지의 비극 참조 글 링크).

전자기기들의 세상에도 상부상조라는 말이 통하는 것이 신기하기만 합니다. 생명이 없는 전자기기의 인생에 인간 세상의 진리가 적용되기 때문입니다. 앞으로 우리의 인간 세게도, 전자 기기 세상에도 노이즈가 없이 깨끗함만이 존재 하기를 기대해 봅니다.