[논문]프로젝터 회로 소음 및 진동 저감의 실험적 연구

최영수; 송근영; 이종권; 오홍렬; 이승규

doi:10.5050/ksnve.2013.23.6.495

프로젝터 회로 소음 및 진동 저감의 실험적 연구
An Experimental Study on the Noise and Vibration reduction of Projector Driving Board 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.23 no.6, 2013년, pp.495 - 501

최영수 (Future Device R&D Department, LG Electronics) , 송근영 (Future Device R&D Department, LG Electronics) , 이종권 (Future Device R&D Department, LG Electronics) , 오홍렬 (Future Device R&D Department, LG Electronics) , 이승규 (Future Device R&D Department, LG Electronics)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper deals with noise reduction on a light source driving board in a projector. We analyze causes of noise/vibration in the circuit with the present increasing use of LD and LED driving boards. The main source of noise is the MLCC in the driving board. Our aim is to investigate how the mechanical arrangement of the circuit elements affects noise reduction. The result of our experiment shows that noise can be reduced by symmetrical arrangement and slots in PCB. This result is expected to facilitate a variety of applications for manufactures without a need to change circuit elements.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 이런 신규소자의 경우, 그 가격이 기존 양산에서 사용하는 소자에 비해 비싸기 때문에 재료비 상승을 야기시킨다. 따라서 이 논문에서는 기존 양산에서 사용하는 소자는 변경하지 않은 상태에서 소음을 야기하는 진동소자의 기구적인 배치를 통해 소음 저감효과를 확인하고자 하였다.
하지만 신규소자의 사용은 많은 검증이 필요하여 빠른 대응이 어렵다는 단점이 있다. 따라서 이 논문에서는 회로 소자의 기구적 배치를 통한 진동 및 소음의 저감을 실험적으로 검증하는 데 그 목적이 있다.
이 연구에서는 가전제품 중 프로젝터에 대해 다루었다. 일반적으로 프로젝터의 주요 소음원은 냉각홴, phosphor wheel, color wheel 등 회전체 진동에서 발생하는 구조소음과 공력소음이다⁽³⁾.
이 개발에서는 구동보드의 120 Hz의 pulse 구동이 원인이었다. 이를 바탕으로 기존소자들을 PCB내에서 기구적 배치만을 통해 소음저감을 하고자 하였다. PCB의 형상은 비대칭으로 설계하여 소음방사효율을 낮추었으며, 회로소자 간의 상쇄간섭을 위한 대칭배치와 진동절연을 통해 소음저감을 검증하였다.

제안 방법

이를 바탕으로 기존소자들을 PCB내에서 기구적 배치만을 통해 소음저감을 하고자 하였다. PCB의 형상은 비대칭으로 설계하여 소음방사효율을 낮추었으며, 회로소자 간의 상쇄간섭을 위한 대칭배치와 진동절연을 통해 소음저감을 검증하였다. 마지막으로 실제 세트에서의 소음 기여도를 확인하여 회로소음에 의한 소음증가가 없음을 확인하였다.
일반적으로 진동과 같은 파동 현상은 상쇄간섭을 통해 저감효과를 얻을 수 있다. 따라서 이 실험에서도 Fig. 11과 같이 PCB 양면에 MLCC를 배치함으로써 상쇄효과를 기대하였다.
마이크로폰의 위치는 광원 구동보드 5 cm 위에서 측정을 하였고, 구동보드와 연결된 광원과 냉각을 위한 홴을 테이블 하단으로 위치시켜 외부 소음의 영향을 최소화하였다. 평가 시료는 기존구동보드와 위에서 언급한 소음저감대책을 반영한 신규구동보드를 비교 분석하여 소음저감 여부를 확인하였다.
소음저감을 위해서 먼저 회로 내 소음원에 해당하는 소자를 진동센서를 이용하여 도출하고 해당 소자의 진동 원인을 파악하였다. 회로에서 발생하는 소음의 경우, 근본적인 진동 원인을 분석하는 것이 선행되어야만 효과적인 소음저감 대책을 세울 수 있다.
실험은 기존보드와 위에서 언급한 소음저감 대책을 반영한 신규보드의 소음을 측정하여 비교하였다. 소음의 측정은 암소음 17.
이를 바탕으로 장공, 상하대치, 형상 변경 순의 기여도를 가짐을 정량적으로 확인하였다. 이 개발에서는 구동보드 소음저감의 최대 효과를 위해 모든 사항을 반영한 신규보드를 최종적으로 선정하였다.
. 이 실험에서 ENDEVCO社의 가속도센서(모델명: 25B)를 이용하여 MLCC 상부에 직접부착을 하여 진동을 측정하였다. MLCC 진동에 의해 발생하는 진동은 Fig.
9 dB의 감소를 하였다. 이를 바탕으로 장공, 상하대치, 형상 변경 순의 기여도를 가짐을 정량적으로 확인하였다. 이 개발에서는 구동보드 소음저감의 최대 효과를 위해 모든 사항을 반영한 신규보드를 최종적으로 선정하였다.
마이크로포닉은 위에서 언급하였듯이 MLCC의 진동에 의해 야기되는 것이기 때문에 진동을 줄여주게 되면 소음 저감을 기대할 수 있다. 이를 위해 진동 저감에 가장 단순하면서 효과적인 방법인 제진재를 사용하여 소음 저감효과를 확인해 보았다.
이는 power supply unit(PSU)으로 60 Hz 교류 전압이 인가될 시 변압기(transformer)와 같은 AC 장치에서 발생하는 120 Hz조화 성분의 험 소음(hum noise)을 의미한다. 이뿐만 아니라 구동보드 내로 직류 전압 인가 시 구동 방식에 따라 가진된 회로 소자들이 PCB로 진동을 전달하여 회로 소음이 발생하기도 하는데, 이 연구에서는 후자의 구동보드 소음 저감에 초점을 맞추었다. 회로 소음의 특성은 앞서 언급하였듯이 고주파 대역으로서 사용자들에게 정서적인 불쾌감을 형성한다.
해당 신규 보드 내에서의 개별 기여도 평가를 위한 각각의 개별 보드 제작은 개발시간, 비용 등 여건상의 어려움이 있었다. 이에 신규보드를 이용하여 장공 효과만을 반영한 상부의 2채널만 구동시킨 조건과 장공, 상하배치를 반영한 상하로 마주보는 2채널만 구동시킨 조건을 비교하여 기여도 평가를 진행하였다. 장공 효과의 경우 기존보드에 비해 5 dB정도의 감소를 하였고, 상하배치가 추가될 경우 6.
특허 검토를 통해 진동 전달 경로 차단을 위한 방법 중 하나로 Fig. 9와 같이 진동전달을 효과적으로 감소시켜주는 역할을 하는 장공을 검토하였다⁽⁹⁾. 이를 확인하기 위한 시뮬레이션 결과, Fig.
마이크로폰의 위치는 광원 구동보드 5 cm 위에서 측정을 하였고, 구동보드와 연결된 광원과 냉각을 위한 홴을 테이블 하단으로 위치시켜 외부 소음의 영향을 최소화하였다. 평가 시료는 기존구동보드와 위에서 언급한 소음저감대책을 반영한 신규구동보드를 비교 분석하여 소음저감 여부를 확인하였다.
회로소음 저감에 있어 PCB내 회로소자의 기구적인 배치를 통해 소음저감을 구현하였다.

성능/효과

Fig. 5와 같이 실험에 사용할 구동보드 앞, 뒷면에 제진재를 부착하여 실험한 결과, 기존대비 약 4~5 dB의 소음저감효과를 확인할 수 있었다. 하지만 제진재를 사용할 경우 그에 따른 재료비 상승과 보드 내 회로소자의 냉각 유동 경로를 차단하여 냉각면에서 불리한 조건이 된다.
1 dB(A)가 감소하였다. 마지막으로 신규보드를 실제 프로젝터에 적용하여 제품의 overall 소음을 측정하였을 때, 회로소음에 의한 소음의 증가가 없음을 확인하였다.
PCB의 형상은 비대칭으로 설계하여 소음방사효율을 낮추었으며, 회로소자 간의 상쇄간섭을 위한 대칭배치와 진동절연을 통해 소음저감을 검증하였다. 마지막으로 실제 세트에서의 소음 기여도를 확인하여 회로소음에 의한 소음증가가 없음을 확인하였다. 이 연구를 통해 신규소자나 제진재 등에 따른 비용증가 없이 소음저감을 실현할 수 있었다.
신규보드의 결과가 기존보드에 비해 발생되는 소음의 진폭이 상당히 감소함을 다시 한번 확인할 수 있으며, shock의 진폭이 감소함으로써 120 Hz의 조화 성분이 크게 감소하게 되었다.
마지막으로 실제 세트에서의 소음 기여도를 확인하여 회로소음에 의한 소음증가가 없음을 확인하였다. 이 연구를 통해 신규소자나 제진재 등에 따른 비용증가 없이 소음저감을 실현할 수 있었다. 추후 이 기술이 양산 적용에 용이하게 사용될 것을 기대한다.
따라서 PCB 형상을 사각형 형태가 아닌 모양으로 만들면 진동 시 발현되는 모드가 복잡해져 방사효율을 떨어뜨릴 것이다. 이를 확인하고자 기존에 사용하던 LD보드의 양쪽 모서리 부분을 Fig. 7과 같이 제거하여 소음을 측정해 보았을 때 기존 대비 약 1 dB 정도 감소함을 확인할 수 있었다.
9와 같이 진동전달을 효과적으로 감소시켜주는 역할을 하는 장공을 검토하였다⁽⁹⁾. 이를 확인하기 위한 시뮬레이션 결과, Fig. 10과 같이 MLCC로부터 PCB기판으로의 진동 전달이 MLCC좌우 장공에 의해 감소함을 확인할 수 있었다.
이에 신규보드를 이용하여 장공 효과만을 반영한 상부의 2채널만 구동시킨 조건과 장공, 상하배치를 반영한 상하로 마주보는 2채널만 구동시킨 조건을 비교하여 기여도 평가를 진행하였다. 장공 효과의 경우 기존보드에 비해 5 dB정도의 감소를 하였고, 상하배치가 추가될 경우 6.9 dB의 감소를 하였다. 이를 바탕으로 장공, 상하대치, 형상 변경 순의 기여도를 가짐을 정량적으로 확인하였다.

후속연구

만약 역위상을 가진 소자를 대칭 배치하게 되면 보강간섭에 의해 더 큰 진동을 유발하게 된다. 따라서 소자의 배치를 위해서는 실제 회로도를 바탕으로 동일 위상과 주파수를 가지는 지를 선검토 후에 반영하여야 할 것이다.
이 연구를 통해 신규소자나 제진재 등에 따른 비용증가 없이 소음저감을 실현할 수 있었다. 추후 이 기술이 양산 적용에 용이하게 사용될 것을 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	회전체 진동에서 발생하는 구조소음과 공력소음의 기여도가 감소하는 이유는 무엇인가?	일반적으로 프로젝터의 주요 소음원은 냉각홴, phosphor wheel, color wheel 등 회전체 진동에서 발생하는 구조소음과 공력소음이다(3). 하지만 근래 냉각기술의 발달과 밀폐와 차폐 등의 방법으로 해당 소음원들의 기여도가 감소하면서 회로에서 발생하는 고주파대역의 소음이 문제가 되고 있다(4). 회로 소음은 자왜 현상(magnetostrictive phenomena) 이라 불리는 소음이 일반적으로 알려져 있다(5).
	전자제품의 주요 소음원들은 무엇인가?	최근 가전제품의 소음진동 문제는 모터, 컴프레서 등이 포함된 세탁기나 냉장고뿐 아니라 TV와 같은 디스플레이 장치에도 대두되고 있다. 이는 소비자의 소음에 관한 수준이 올라갔을 뿐 아니라 기술의 발전으로 전자제품의 모터, 컴프레서, 냉각홴 등의 주요 소음원들이 많이 감소하고 주변 환경이 많이 정숙해졌기 때문이다. 이로 인해 전기·전자기적 요소에 의한 미세한 회로 소음 발생이 소비자의 신경 거슬림 등으로 부각되고 있다(1,2).
	프로젝터의 주요 소음원은 무엇인가?	이 연구에서는 가전제품 중 프로젝터에 대해 다루었다. 일반적으로 프로젝터의 주요 소음원은 냉각홴, phosphor wheel, color wheel 등 회전체 진동에서 발생하는 구조소음과 공력소음이다(3). 하지만 근래 냉각기술의 발달과 밀폐와 차폐 등의 방법으로 해당 소음원들의 기여도가 감소하면서 회로에서 발생하는 고주파대역의 소음이 문제가 되고 있다(4).

참고문헌 (9)

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상세보기
Noji, T., Kawasaki, K., Sano, H. and Inoue, N., Malhotra, K., 2006, Development of Multilayer Ceramic Capacitors with Low Microphonics, Proceedings of the CARTS USA 2006.
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Low Acoustic Noise Solution Presentation, Murata Manufacturing Co., Ltd.
Liquid Crystal Display Device, KR20110079118A.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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