자작 턴테이블의 BLDC모터를 구동하기 위해 고정밀도 리니어 12V 전원장치의 특성을 조사하고 있습니다.
모터가 정속으로 돌기 위해서는 리플이 최소화된 정전압이 필요합니다.
오실로스코프 AC모드로 12V 측정시 리플의 Vpp가 20mV정도 검출이 되고 시간축을 수십 ns정도로 단축하니 거의 sine wave형태로 보입니다. 리플의 주파수가 100KHz 정도 됩니다.
측정대상이 된 2대 모두 이런 수치를 보입니다.
220V 60Hz를 전원 트랜스로 감압하고 IC 정전압 회로를 사용하는 리니어전원인데, 리플의 주파수가 100KHz 정도로 높게 나오는 것이 이상합니다.
Probe의 그라운드 loop도 아주 짧아서 외부 방해 신호가 들어오지도 않습니다.
지식이 얕아서 상황이 이해가 잘 안되어 문의드립니다.
아주 좋은 질문 주셨습니다. 설명해주신 상황을 보면, 리니어 전원장치에서 예상보다 높은 주파수(약 100kHz)의 리플이 관측되어 그 원인이 궁금하신 상황으로 보입니다.
결론부터 말씀드리면, 리니어 전원에서도 고주파 성분의 리플이 나올 수 있습니다, 특히 레귤레이터 내부 회로나 정류 후 필터링 과정에서의 고속 스위칭에 기인한 노이즈가 포함될 수 있기 때문입니다.
🔧 설명 요약
1. 리니어 전원에서 고주파 리플?
전통적인 리니어 전원장치는 다음과 같은 흐름을 따릅니다:
트랜스를 통해 감압 (AC 220V → AC 12~15V)
다이오드 브리지 정류 (→ 펄스형 DC, 주파수는 2×60Hz = 120Hz)
대용량 콘덴서 필터링 (→ 리플 억제)
리니어 레귤레이터 (예: 7812)로 정전압 출력
이 과정만 보면 리플 주파수는 120Hz 근처의 저주파 성분이 예상되지만, 실제로는 다음과 같은 이유로 100kHz 수준의 고주파 성분도 나올 수 있습니다.
2. 100kHz 리플 원인 가능성
원인 설명
레귤레이터 내부 작동 일부 고성능 리니어 레귤레이터 IC는 내부에서 비교기나 보호회로, 전류 제한 회로 등이 고속으로 작동하며, 고주파 노이즈를 유발할 수 있습니다.
정류 후 다이오드의 스위칭 노이즈 다이오드가 on/off될 때 짧은 시간에 전류가 급격히 변하면, 수십~수백 kHz의 ringing이 생길 수 있습니다. 특히 고속 리커버리 다이오드가 아니면 더 두드러질 수 있습니다.
PCB 레이아웃 및 그라운딩 문제 전원부 레이아웃에서 GND loop, 부하와의 공진 등으로 인해 LC 공진 주파수에서 리플이 증폭될 수 있습니다. 이때도 수십~수백 kHz의 노이즈가 나타날 수 있습니다.
근처 EMI 간섭 (간접 가능성) 외부에서 고주파 간섭이 유입되었을 가능성도 있지만, 짧은 probe 접지 루프 사용했다고 하셨으니 이 가능성은 낮아 보입니다.
3. 왜 sine wave처럼 보이나요?
리플이 sine wave처럼 보인다는 것은 단순 스위칭 노이즈가 아니라, 공진성 또는 비교적 안정된 주기성을 가진 신호라는 뜻입니다. 이는 다음 가능성을 시사합니다:
전원 내 LC 필터 또는 부하의 커패시턴스 및 인덕턴스와 공진 형성
레귤레이터 회로 내 비교기 동작 주파수가 일정한 경우
일부 스위칭 레귤레이터가 혼용된 회로일 수도 있음 (ex: 프리레귤레이션에 스위칭 사용)
4. BLDC 모터에 미치는 영향?
고정밀 턴테이블용 BLDC 모터는 전압의 안정성과 저노이즈가 중요합니다. 리플 Vpp가 20mV 정도면 상당히 양호한 수준이지만, 만약 모터 드라이버가 고주파 리플에 민감하다면 다음을 고려할 수 있습니다:
출력단에 LC 필터 추가 (예: π형 필터)
정전압 레귤레이터 후단에 로우 ESR 커패시터 추가
리플 특성이 더 낮은 전원 (예: 배터리 or LDO 사용) 고려
✅ 요약 정리
항목 설명
리플 주파수 100kHz 레귤레이터 동작, 공진, 다이오드 스위칭 등으로 인한 고주파 성분 가능
리플 Vpp 20mV 비교적 양호, 정밀 오디오/BLDC에는 더 낮춰도 좋음
sine wave 형태 비교적 안정된 주기성 신호, 공진 또는 IC 내부 동작 추정
대처 방법 출력 필터 추가, 로우 ESR 커패시터 병렬, LDO 사용 고려
BLDC 를 사용하기보다 더 정밀을 요하시면 써보도 좋은 대안입니다
사용하시는 오실로스코프 모델명과 대역폭 샘플링 속도 등은 어떻게 되시나요??
잘은 모르지만 리플이나 노이즈 같은 것을 측정하시려면 고성능 장비가 필요하지 않을까 생각해봅니다..
저의 장비 내지 측정 방법에 문제가 있는지도 모르겠습니다.
건전지를 측정해서 동일하다면 그라운드 또는 오실로스코프 자체에서 오는 노이즈입니다.
ChatGPT의 말:
훌륭한 질문입니다. 이론적으로는 “완벽한 DC 전원”인 건전지를 오실로스코프로 측정했을 때 리플이 없어야 합니다. 하지만 실제로 측정하면 아주 미세한 리플이나 노이즈가 보일 수 있습니다. 그 이유는 다음과 같습니다:
🔍 1. 건전지는 리플이 없는 전원?
네, 건전지 자체는 리플이 없는 순수한 DC 전원입니다.
내부에 스위칭 회로나 정류 과정이 없으므로, 전압 자체는 매우 깨끗합니다.
그러나 측정 시스템 자체의 한계와 주변 환경 요인 때문에 노이즈가 보일 수 있습니다.
⚡ 2. 건전지를 측정해도 리플이 보이는 이유
원인 설명
오실로스코프와 프로브의 노이즈 플로어 오실로스코프는 자체적으로도 일정 수준의 전자 노이즈를 포함하고 있습니다. 수 µV ~ 수 mV 수준의 **측정 한계(노이즈 플로어)**가 존재합니다.
프로브의 그라운드 루프 프로브 그라운드가 회로의 기준 GND와 정확히 일치하지 않으면 노이즈가 감지될 수 있습니다. 짧게 해도 완전 차단은 어려움.
EMI (전자파 간섭) 주변에 있는 SMPS, Wi-Fi, 휴대폰 등에서 나오는 공중파 전자기 간섭이 리플처럼 관측될 수 있습니다. (수십 kHz ~ GHz)
오실로스코프의 대역폭 과잉 고대역폭(예: 100MHz 이상)으로 설정된 상태에서 측정하면, 미세한 고주파 잡음까지 잡아내어 리플처럼 보일 수 있습니다.
접촉 불량 또는 프로브의 인덕턴스 프로브의 연결이 느슨하거나 프로브 자체의 커패시턴스/인덕턴스도 노이즈 발생 요인입니다.
🔬 3. 리플이 실제 전압 변화인가요?
대부분의 경우, 건전지에서 보이는 리플은 "실제 전압 변동"이 아니라 "측정 시스템의 노이즈 또는 간섭"입니다.
예를 들어, 오실로스코프에 다음을 보면:
정현파 형태의 노이즈: 외부 EMI 가능성
불규칙한 고주파 노이즈: 오실로스코프 자체 노이즈 플로어
DC offset 흔들림: 프로브의 컨택 불안정
✅ 정밀 측정 시 고려사항
프로브 접지 루프를 최대한 짧게 하기
(가능하면 tip+GND 클립 방식 대신 spring-type 접지 사용)
오실로스코프 대역폭 제한 (Band Limit 기능 사용)
예: 20MHz 이하로 제한하면 고주파 노이즈가 줄어듦
차동 프로브 사용 고려
일반 프로브보다 외부 잡음 영향이 적고 정밀도 향상
실드 환경에서 측정
외부 전자파를 차단하면 깨끗한 신호 확인 가능
📌 결론
건전지 자체에는 리플이 없습니다.
오실로스코프 측정 시 보이는 리플은 대부분 노이즈 플로어나 외부 EMI에 의한 허상입니다.
신호를 깨끗하게 측정하려면 접지, 대역폭 제한, EMI 차단 등 측정 조건을 조절해야 합니다.
용량이 어느 정도 높은 충전지 (리튬전지 /납축전지 등) 를 전원장치로 사용해보는 것은 어떨까 라는 생각을 해봅니다..
12V 100A 인산철 파워 뱅크를 전원으로 개조하여 사용하는 방법을 고민 중입니다.
https://www.coupang.com/vp/products/5848781877?itemId=10171993177&vendorItemId=77454572649&sourceType=CAMPAIGN&campaignId=1164&categoryId=178323
제가 5석 라디오 키트를 처음 납땜질로 만든 것이 1977년경이었고, 1978년에 라디오 조립 경시대회도 나갔으니, 이쪽 짬밥도 거의 50년이 되었습니다.
그 당시 부산전자공고에서 납땜 실기 과외수업도 받았습니다.
https://dvdprime.com/g2/bbs/board.php?bo_table=comm&wr_id=26097027
수학 전공하는 젊은 박사들은 수학쪽 생각하면 머리가 머리가 맑아진다는 말도 하던데 그런 성향 탓이겠죠.
BLDC라면 전원보다는 컨트롤러가 더 중요할것 같습니다.