페라이트 코어란?
페라이트 코어(영어: ferrite core)는 페라이트라는 철을 주성분으로 하는 세라믹 자성체를 용도에 맞게 가공한 것입니다.
페라이트를 자심(磁心)으로 사용함으로써 고주파 전류를 차단할 수 있어 노이즈 제거 효과를 발휘합니다. 페라이트는 그 조성에 따라 계통이 나뉘는데, 노이즈 제거용으로는 Ni-Zn계가 주로 사용됩니다.
그 이유는 Ni-Zn계는 절연 가공이 불필요하고 고주파 특성이 우수하기 때문입니다. 링 모양의 페라이트 코어에 케이블을 통과시켜 노이즈를 제거할 수 있습니다.
페라이트 코어의 사용 용도
페라이트 코어는 전자기기의 노이즈 제거에 사용됩니다. 페라이트 코어의 노이즈 제거 효과는 케이블에 외부에서 유입되는 노이즈뿐만 아니라 케이블 측에서 발생하는 노이즈도 제거할 수 있습니다.
페라이트 코어는 간단하고 저렴한 노이즈 대책 부품으로 취급이 용이하다는 특징이 있습니다. 따라서 기판이나 회로의 설계 변경 없이도 노이즈 대책을 할 수 있습니다. 따라서 최종 사양을 확정하기 전 실험적인 방법이나 응급적인 노이즈 대책으로 사용할 수 있습니다.
페라이트 코어의 원리
페라이트 코어가 노이즈를 제거할 수 있는 원리는 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 첫 번째는 고주파를 차단하는 필터 역할을 하여 고주파 전류로 인한 노이즈를 제거하는 것입니다.
페라이트 코어의 구멍을 통과한 케이블에 전기가 흐르면 인덕터가 되고, 페라이트 코어의 자화에 따라 케이블의 임피던스가 변한다. 이때 임피던스는 고주파 대역에서 높아져 노이즈 성분인 고주파 전류를 감쇠시킬 수 있습니다.
페라이트 코어의 노이즈 제거
그림 1. 페라이트 코어 노이즈 제거
두 번째는 히스테리시스 손실로 인해 노이즈 전류가 열에너지로 방출되는 것입니다. 페라이트 코어로 인덕터를 구성하고 여기에 교류전류가 흐르면 발생하는 자기장은 시간에 따라 방향과 크기가 일정한 주기로 변동합니다.
페라이트 코어의 자화가 한 바퀴 도는 것을 히스테리시스 루프(Hysteresis Loop)라고 하며, 이때 발생하는 에너지 손실을 히스테리시스 손실이라고 합니다.
페라이트 코어 선택 방법
페라이트 코어를 선택할 때 유의해야 할 사항이 있습니다.
1. 150MHz 이상의 고주파 대역의 노이즈 차단을 위해 150MHz 이상의 고주파 대역의 노이즈 컷을 할 경우
페라이트 코어의 내경은 케이블에 맞추어 외경이 가능한 한 크고 길이가 긴 타입을 선택합니다.
케이블은 돌리지 않고 사용합니다.
페라이트 코어의 형상계수로 인해 양호한 임피던스 특성을 얻을 수 있습니다.
2. 150MHz보다 낮은 주파수 해역의 노이즈 컷을 하는 경우나 장치 내 케이블의 노이즈 대책으로 사용하는 경우
페라이트 코어의 내경이 크고 길이가 짧은 타입 선택합니다.케이블을 돌려서 사용합니다.
턴 수에 따라 양호한 임피던스 특성을 얻을 수 있다.
페라이트 코어의 기타 정보
1. 페라이트 코어의 재질
페라이트 코어에는 소프트 페라이트라는 연자성 재료가 사용됩니다. 니켈, 철, 아연, 구리 등의 전이금속 산화물이 주원료입니다. 소프트 페라이트는 조성에 따라 투자율을 바꿀 수 있기 때문에 주원료의 배합 비율에 따라 임피던스를 조정할 수 있습니다.
임피던스는 두 가지 성분, 즉 리액턴스와 저항으로 구성됩니다. 노이즈 제거용 페라이트 코어는 재료의 구성이 저항 성분을 많이 포함하고 있다. 따라서 노이즈 제거는 고주파를 차단하는 필터의 효과보다 히스테리시스 손실을 통해 노이즈 전류의 에너지를 열로 방출하는 효과가 더 크다고 할 수 있습니다.
2. 페라이트 코어의 노이즈 제거 성능
페라이트 코어의 노이즈 제거 성능은 임피던스에 의해 평가됩니다. 임피던스는 재료 특성, 형상 계수 및 권선 수에 의해 결정됩니다.
재료 특성은 소프트 페라이트의 구성에 따라 결정됩니다. 형상계수는 페라이트 코어의 단면적을 평균 자기장 길이로 나눈 값입니다. 따라서 단면적이 크고 내경이 작은 형상의 페라이트 코어가 일반적으로 성능이 우수합니다. 노이즈 제거 효과를 높이려면 케이블을 페라이트 코어에 여러 번 감는 것도 효과적입니다.
그러나 도선을 두 번 이상 감는 경우, 감는 시작과 끝이 가까워지기 때문에 그 사이에 부유 용량이 생깁니다. 이 부유 용량으로 인해 고주파 성분에 대한 대책 효과가 감소하기 때문에 노이즈 저감하고자 하는 주파수 대역을 파악하여 감을 필요가 있습니다.