Bead 란? 기능, 역할, 등가회로, Inductor 와의 차이점, datasheet spec, 정격전류, DCR, 임피던스

BEAD

 

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■ Bead 란?

전자 회로에서 noise filtering 을 위해 사용되는 수동 소자

고주파 신호를 억제하고 EMI(전자기 간섭)을 줄이는데 중요한 역할을 함

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■ Bead 의 주요 기능

1. 고주파 noise 억제

: 고주파 대역에서 신호를 감쇄시켜 회로에 존재하는 고주파 노이즈를 제거하거나 줄이는 역할을 함

주로 power line 이나 signal line 에 직렬로 달아 EMI 를 억제함

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2. filtering 역할

: 비드는 주파수에 따라 다르게 동작하기 때문에 noise filter 처럼 동작함

@ 고주파 신호 ; bead 는 저항의 역할을 하여 노이즈를 열로 변환시켜 고주파 노이즈가 제거됨

@ DC or 저주파 신호 ; bead 의 영향을 거의 받지 않고 신호가 그냥 pass 됨

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3. DC pass / 고주파 감쇄

DC 전류는 통과시키고 고주파 AC 성분은 감쇄시켜 noise 를 제거함

*저주파 대역에서는 임피던스가 낮아 0ohm 역할, 고주파 대역에서는 임피던스가 높아 저항 역할

고속 데이터 전송 회로에서 신호의 품질을 개선하여 데이터 전송의 안정성을 높일 수 있음

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■ Bead 등가회로

 

Bead 는 인덕터(L) 와 같이 회로에서 급격한 전류 변화를 제한하는 역할을 하여 전류의 흐름을 조절함

bead의 주파수 응답에 따라 inductance 가 달라짐

​Bead 의 저항 성분(R)은 고주파 노이즈를 열로 변환하여 감쇠시키는 역할을 함

이 저항은 bead 가 고주파 신호를 차단할 때 발생하는 에너지 손실을 나타냄

저항이 높을수록 고주파 노이즈를 더 효과적으로 억제할 수 있음

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■ 인덕터와의 차이점

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<인덕터>

-에너지를 저장하고 전류의 흐름을 조절하는 데 주로 사용되며 다양한 주파수에서 작동함

-전류가 흐를 때 에너지를 자기장에 저장하며 주로 전력 변환 및 필터링에 사용됨

-전력 공급 장치, 필터회로 등 전력 변환 및 에너지 저장에 사용됨

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<비드>

-고주파 신호를 차단하고 저주파 신호만 통과시키는 역할을 함

-저항 성분을 가지고 있어 노이즈를 열로 변환하여 소멸시킴

-주로 고주파 노이즈를 억제하는 EMI필터링에 사용됨

-노트북, AVN, CCTV 등 전자기기에서 고주파 노이즈를 줄여 신호 품질을 향상하기 위해 사용됨

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​■ Datasheet spec (MURATA 社 BLM15PX600SZ1)

자동차 전자기기에 사용되는 MURATA 의 ‘BLM15PX600SZ1’ 의 spec (SMD type chip bead)

​- 크기: 1005(mm) / 0402(inch)

- 무게: 1mg

- 동작 온도: -55도~125도

- Number of Circuit: 1 ; 하나의 회로에만 연결되어 사용할 수 있음을 의미

- 정격전류: 2.5A

*Bead 의 정격전류

bead 의 rated current 는 bead 가 정상적으로 작동할 수 있는 최대 전류를 나타냄

해당 그래프는 온도에 따른 bead의 정격 전류 값을 나타내는데

온도가 높을 수록 bead 의 정격 전류가 감소하는 것을 볼 수 있음

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Bead의 정격 전류를 초과할 경우 발생하는 문제점

 

1. 온도 상승

bead 에 정격전류를 초과한 전류가 흐르면 bead 내부에서 과도한 열이 발생하게 됨

이로 인해 bead 의 온도가 상승하고 주변 부품에도 영향을 미칠 수 있음

지속적인 과열은 bead의 물리적 손상이나 소손을 초래할 수 있음

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2. saturation 발생

bead가 포화상태에 도달하면 임피던스가 감소하여 bead는 더 이상 효과적으로 고주파 noise 를 억제하지 못하고 이로 인해 회로의 성능이 저하될 수 있음

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3. 신호 왜곡 및 EMI 문제

bead 의 성능 저하로 인해 신호 왜곡이 발생할 수 있으며 이는 데이터 전송의 오류를 초래할 수 있음

noise 억제 기능이 저하되면 EMI 문제가 발생할 수 있으며 이는 다른 전자기기나 회로에 영향을 미칠 수 있음

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4. 부품 수명 단축 및 고장 발생

bead 와 연결된 다른 부품의 수명도 단축될 수 있고 과열이나 성능 저하로 인해 전체 시스템의 신뢰성이 떨어질 수 있음

bead 의 손상이나 고장은 전자기기의 전체적인 고장을 초래할 수 있음

*정격전류를 초과하는 과도한 전류는 bead 의 성능 저하와 손상을 초래하여 신뢰성, 열 관리에 중요한 영향을 미치므로 bead 를 사용할 곳의 전류가 정격 전류 spec 이내에 들어오는지 잘 따져봐야 함

​- DCR: 32mohm

*Bead 의 DCR

bead의 DC resistance 는 bead 가 직류 전류에 대해 가지는 저항을 의미하며

DC 전류가 흐를 때의 저항 값을 나타냄(물리적 구조와 재료에 따라 결정되는 값)

​-DCR이 낮을수록 전류가 흐를 때 발생하는 에너지 손실이 적어 효율성이 높아짐

-DCR이 높으면 전류가 흐를 때 더 많은 열이 발생할 수 있으며 이는 부품의 성능과 수명에 영향을 미침

-DCR 값은 부품의 품질과 신뢰성을 평가하는 데 중요한 지표가 됨

-DCR은 일반적으로 주로 인덕터, 트랜스포머, bead 등의 특성을 평가할 때 사용됨(작을수록 좋음)

- impedance: 60ohm ; 100MHz 대역에서 bead 의 임피던스는 60ohm(impedance 곡선 참조)

주파수 대역에 따른 impedance 특성 그래프

주파수대역이 높아질 수록 저항(R) 성분이 커지는 것을 볼 수 있음

​설계하는 회로의 주파수 대역에 맞는 임피던스 특성을 가진 제품을 선정해줘야함

ex) 1000MHz 대역의 noise를 제거하여 신호 왜곡을 줄이고자 하면

1000MHz 에서의 impedance 값이 큰 bead 를 선정하기

but, 지나치게 높은 impedance 는 전력 손실이 증가할 수 있으며(효율 저하) 신호의 감쇠를 초래할 수 있음(trade off)

​​*cf) DCR vs Impedance

-DCR: 주로 저주파수 또는 DC 신호에서의 저항을 측정하며 bead의 전기적 특성을 평가하는 데 중요한 요소

-Impedance: AC회로에서의 전체 저항을 나타내며 저항(R)과 리액턴스(X)로 구성됨

리액턴스는 주파수에 따라 변하는 성분으로 임피던스는 주파수에 따라 값이 달라지며 bead가 특정 주파수에서 신호를 어떻게 처리하는지를 나타냄

 

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