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전자파 적합성

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1. 개요

전자파 적합성(EMC)은 전기·전자 기기가 전자파 환경에서 성능 저하나 다른 기기에 피해 없이 설계된 수준으로 작동하는 능력을 의미한다. EMC는 전자파 간섭(EMI)과 전자기 감수성(EMS)으로 구성되며, EMI는 원치 않는 전자파 발생으로 인한 간섭, EMS는 외부 전자파에 대한 오작동 방지 능력을 뜻한다. EMC 확보를 위해 접지, 차폐, 필터링 등 다양한 기술이 사용되며, 설계 단계에서의 EMC 대책이 중요하다. 국제전기기술위원회(IEC)와 같은 국제 기구에서 EMC 관련 표준을 제정하며, 각국은 이를 준용하여 법규를 운영한다. 대한민국은 전파법에 따라 EMC 규제를 시행하며, KN 규격을 사용한다. EMC 시험은 방사 시험과 내성 시험으로 구분되며, 무반향 챔버, EMI 수신기 등의 장비를 사용한다. 최근 부품의 디지털화, 비전도성 재질 사용, 소형화 등으로 EMC 구현의 기술적 난점이 증가하고 있으며, 이에 따라 효율적인 주파수 관리 정책과 EMC 기술 개발이 중요해지고 있다.

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전자파 적합성
개요
정의전기 장비 또는 시스템이 다른 장비나 시스템에 허용할 수 없는 간섭을 일으키지 않으면서 의도한 대로 작동할 수 있는 능력
관련 분야전기 공학
전자 공학
자기학
설명
목표장비의 올바른 작동
동일한 환경에서 다른 장비의 올바른 작동
주요 메커니즘전도
복사
관련 현상전자파 장해 (EMI)
관련 표준IEC 61000 시리즈
역사
배경무선 통신의 발전
전자 장비의 보급 증가
초기 문제의도하지 않은 신호 간섭 및 장비 오작동
규제 도입장비의 전자파 방출 및 내성 기준 설정
기술적 측면
설계 고려 사항차폐
필터링
접지
케이블 관리
테스트 방법방사 방출 테스트
전도 방출 테스트
방사 내성 테스트
전도 내성 테스트
중요성통신 시스템의 신뢰성 확보
의료 장비의 정확성 보장
군사 장비의 보안 유지
표준 및 규제
국제 표준IEC 61000 시리즈
국가별 규제유럽 연합: EMC 지침
미국: FCC 규정
대한민국: 전파법
응용 분야
통신무선 통신 장비, 이동통신 기지국
의료의료 기기, 환자 모니터링 장비
군사군용 통신 장비, 레이더 시스템
자동차자동차 전자 제어 장치 (ECU), 인포테인먼트 시스템
문제 해결
주요 문제장비 간의 간섭
전원 라인 노이즈
정전기 방전 (ESD)
해결 방법접지 개선
필터 추가
차폐 강화
서지 보호 장치 사용
추가 정보
관련 용어전자파 장해 (EMI)
전자파 내성 (EMS)
전자파 차폐
참고 자료IEC 61000-2-2

2. 용어의 정의

미국 표준 협회는 전자기 적합성이란 전기·전자 기기가 통상적으로 사용되는 전자파 환경 안에서, 규정된 안전 범위 안에서 전자기 장애로 인한 성능의 저하를 겪거나 다른 전기·전자 기기에 피해를 주지 않고 설계된 수준이나 성능으로 동작하는 능력이라 정의하고 있다.[56]

전자기 적합성(EMC)은 장비의 ''특성'' 또는 ''속성''이며 "해당 환경의 어떤 것에도 용납할 수 없는 전자기적 교란을 일으키지 않고 해당 전자기 환경에서 장비 또는 시스템이 만족스럽게 작동하는 능력"(IEV 161-01-07)으로 정의된다.[1]

EMC는 EMI(에미션)와 EMS(이뮤니티 또는 서셉티빌리티)의 두 가지로 구성되어 있다.

3. 전자기 장해 (EMI)

전자기 장해(EMI, Electromagnetic Interference)는 원치 않는 전자파 발생으로 인해 발생하는 현상이다.[57] "전자기 간섭"(EMI)은 "전자기적 교란으로 인해 장비, 전송 채널, 시스템의 성능 저하"를 일으키는 것이고(IEV 161-01-06), "전자기적 교란"은 "장치, 장비, 시스템의 성능을 저하시키거나 물질에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 전자기적 현상"이다(IEV 161-01-05).[1] 즉, "전자기적 교란"은 원인, "전자기 간섭"은 결과를 나타낸다.

전자기 장해를 이루는 세 가지 요소는 다음과 같다.[57]


  • 장해를 일으키는 전자파 에너지 발생원
  • 허용 한계를 넘는 세기의 장해 전자파로 인해 피해를 받는 기기
  • 발생원에서 피해 기기 사이의 전자파 전달 경로


전자파 적합성(EMC)은 장비가 전자기 환경에서 잘 작동하고, 다른 기기에 전자기적 교란을 일으키지 않는 능력이다.[1] EMC는 EMI를 제어하여 원치 않는 영향을 방지한다. EMC는 현상 이해뿐만 아니라, 방출로 인한 부작용 방지를 위한 설계, 측정 등도 포함한다.

EMC 문제는 단일 기기 내에서도 발생할 수 있다. 예를 들어, 전자기파 발생원인 모터, 스위칭 회로와 전자기파에 민감한 원칩 컴퓨터, 포토커플러, 제어 신호선 등이 가까이 있으면 문제가 생길 수 있다.

EMC는 EMI 에미션과 EMS 이뮤니티(또는 서셉티빌리티)로 구성된다. EMI 에미션은 방해 전자기 에너지(노이즈) 방출을, 이뮤니티는 외부 전자파에 대한 내성을 의미한다.

돌입 전류, 역기전력, 전력 반도체의 스위칭 동작[17], 모터 정류 등에서 개폐 노이즈, 스위칭 노이즈가 발생한다. 비선형 부하에서는 고조파도 발생한다. 이러한 노이즈는 높은 주파수 성분을 포함, 전자파로 방출(에미션)된다.

전자파는 근접한 도체에 정전 유도, 전자 유도하여 결합한다.[19] 배선 간 결합은 크로스토크라고 한다.[20] 유도로 전하를 띤 도체가 기능 접지되지 않으면, 전하는 낮은 임피던스 경로로 대지에 향하려 한다.[27] 이 과정에서 의도치 않은 경로로 발열, 변형 등이 발생할 수 있다.

의도치 않은 리턴 경로에 기생 용량이 있거나 근접하면, 누설 전류에 의한 충방전, ESD가 발생하기 쉽다. ESD는 소자 오동작, 손상, 파괴를 유발한다.

EMI는 방사뿐 아니라, 유도된 공통 모드 전류로 프레임, 중성선을 통해 전파되거나, 공통 모드 전압[33]으로 대지 전압이 되기도 한다. EMC 문제는 발생 후 대응보다 설계, 설치 단계에서 대책을 세우는 것이 중요하다.[34]

3. 1. 종류

전자파 장해는 원치 않는 전자파 때문에 발생한다. 전자기 장해는 자연적으로 발생하거나 인위적으로 발생할 수 있으며, 발생원에 따라 연속적 장해와 과도적 장해로 나뉜다.[58]

  • '''연속 간섭''' 또는 '''연속파(CW) 간섭'''은 지정된 주파수 범위를 포함한다. 이 유형은 주파수 범위에 따라 협대역 및 광대역으로 나뉜다.
  • 전자기 펄스(EMP)는 때때로 과도 현상으로 불리며, 짧은 지속 시간의 에너지 펄스이다. 펄스 신호는 일반적으로 고립된 이벤트와 반복적인 이벤트로 나뉜다.
  • '''자연적 발생원''': 낙뢰, 정전기 등이 있다.[58]
  • '''인위적 발생원''': 방송, 통신 등에 사용되는 방사주파수의 신호와 같은 의도적 발생원과 과도한 스위칭으로 인한 비의도적 발생원이 있다.[58]


EMI(Electromagnetic Interference) 에미션은 방해 전자기 에너지(노이즈)를 방출하는 것을 의미한다. 직류는 절연체에 의해 쉽게 절연할 수 있지만, 교류는 전자기파가 발생한다. 높은 주파수에서는 절연체로 절연해도 선로 밖으로 유도(누설)된다. 특히 스위칭 전원 회로, 인버터, PWM, IGBT, 사이리스터, 트라이액 등 파워 반도체에서 대전류를 고속으로 스위칭 제어할 경우, 높은 주파수에서 강력한 스위칭 노이즈(EMI)가 발생하므로 대책이 필요하다.[15] 또한 고조파는 상용 전원의 주파수에 동기화되어 EMI가 될 수 있다.[16]

3. 2. 전달 경로

전자기 장해는 다음 네 가지 경로를 통해 전달된다.[57]

  • 방사주파수의 직접 전달
  • 인덕터에 의한 전달
  • 전기전도에 의한 전달
  • 축전기에 의한 전달


위와 같은 경로를 통해 전달된 전자기 장해는 감수품(전자파의 영향을 받는 물체)의 회로에서 전자파 결합[59]을 일으켜 성능에 영향을 준다.

결합 경로는 다음 네 가지 기본 메커니즘으로 나눌 수 있다.

  • 전도성 결합: 소스와 피해자가 전도성 물체로 직접 접촉하여 연결된다.
  • 용량성 결합: 두 도체 사이에 변화하는 전기장이 발생하여 수신 도체에 전압 변화를 유도한다.
  • 유도성 결합 (자기 결합): 변화하는 자기장이 두 도체 사이에 존재하여 수신 도체에 전압 변화를 유도한다.
  • 복사 결합: 소스와 피해자가 멀리 떨어져 있을 때, 소스는 전자기파를 방출하고 피해자는 이를 수신한다.

4. 전자기 감수성 (EMS)

전자기 감수성(EMS)은 전자기 에너지(노이즈)의 영향을 받아도 오작동하지 않는 능력이다.[1] 신호선에는 직류 4-20mA의 전류가 사용되는 경우가 많은데, 이는 장거리 전송에도 노이즈에 강하기 때문이다. 그러나 인버터 모터 등의 전력선이 근접 · 평행하게 배선되어 있으면, 전력선에서 방출된 노이즈가 신호선으로 유도되어 신호가 교란될 수 있다.[1]

5. EMC 확보를 위한 노력

전자파 적합성(EMC)을 확보하기 위해서는 불요파 억제, 내성 강화, 전자파 차폐 등의 방법을 사용한다. 전자기 간섭(EMI) 제어와 EMC 보장은 위협 특성화, 방출 및 내성 수준에 대한 표준 설정, 표준 준수를 위한 설계, 표준 준수 테스트와 같은 분야로 구성된다.[35] 복잡하거나 새로운 장비의 경우, EMC 제어 계획 작성이 필요할 수 있다.

문제 특성화를 위해서는 간섭원과 신호, 피해자로의 결합 경로, 피해자의 특성에 대한 이해가 필요하다. EMC 설계를 개선하는 것은 간섭(EMI)을 줄이거나 간섭에 대한 민감도를 줄이는 데 매우 중요하다.[35]

접지와 차폐는 방출을 줄이거나 EMI를 피해자로부터 멀리 우회하는 것을 목표로 한다. 주요 기술은 다음과 같다.[35]


  • 오디오 장비의 ''스타 접지'' 또는 RF의 ''접지면''과 같은 접지 방식.
  • 차폐된 케이블.
  • 차폐된 하우징 (RF 개스킷 사용).


기타 일반적인 조치는 다음과 같다.[35]

  • 디커플링 또는 RF 초크 및/또는 RC 요소를 사용한 필터링.
  • 전송선 기술.
  • 안테나 구조를 피한다.
  • 송신기 설치 주변 및 근처의 금속 구조물 사이에 형성될 수 있는 불필요한 정류 접합을 제거한다.


방출을 줄이기 위한 추가 조치는 다음과 같다.[35]

  • 불필요한 스위치 작업을 피하고, 필요한 스위칭은 가능한 한 천천히 수행한다.
  • 노이즈가 많은 회로는 설계의 나머지 부분과 물리적으로 분리한다.
  • 스펙트럼 확산 방식을 사용하여 단일 주파수에서 높은 피크를 피한다.
  • 고조파 파동 필터.
  • 저수준 신호에서 작동하도록 설계한다.


민감도를 줄이기 위한 추가 조치는 다음과 같다.[35]

  • 퓨즈, 트립 스위치, 회로 차단기.
  • 과도 전압 흡수기.
  • 더 높은 신호 레벨에서 작동하도록 설계한다.
  • 디지털 회로의 오류 수정 기술.
  • 차동 신호 방식 또는 기타 공통 모드 노이즈 기술.


EMC 대책에는 다음과 같은 방법들이 있다.[35],[36],[37],[38],[39],[40],[41],[42],[43],[44],[45]

  • 기능 접지: 잔류 전하를 대지로 방전시켜 기기의 성능을 유지한다.
  • 중성선 접지 유지: 고조파 에너지 방출을 줄인다.
  • 전자 기판 설계: 회로 외주를 베다 GND로 둘러싸 차폐 효과를 얻는다.
  • 정전 실드 내장 포토 커플러: 스너버 회로와 함께 사용하여 노이즈에 강하게 만든다.
  • 스너버 회로: 스파이크 전압을 열로 소비시켜 보호한다.
  • PFC 회로: 역률 개선 및 고조파 억제.
  • 트위스트 페어: 전계와 자계 결합을 어렵게 하고 노이즈를 상쇄한다.
  • 실드선: 전자기 실드 후 기능 접지한다.
  • 패러데이 케이지: 부품, 기판, 기기를 전자기 차폐하고 기능 접지한다.
  • CR 필터: 고주파 노이즈를 열로 변환하여 소비시킨다.
  • 페라이트 코어: 고주파 노이즈 에너지를 열로 변환하여 소비시킨다.
  • Y 콘덴서: 콘덴서를 통해 에너지를 대지로 방전시킨다.
  • 차동·밸런스 회로: 노이즈를 상쇄시켜 신호의 S/N비를 좋게 유지한다.
  • 바리스터: 순간적이고 큰 노이즈에 대응한다.
  • 라인 필터: 여러 EMC 대책 부품을 조합한 제품으로, 극성을 맞추고 기능 접지가 확실해야 한다.


EMC 대책 부품 제조사로는 TDK, 무라타 제작소 등이 대표적이다. EMC 관련 기술 서적으로는 과학정보출판에서 발행하는 월간지 월간 EMC와 EMC 전문 포털 사이트 CEND 등이 있다.[46],[47],[48],[49],[50]

누전 차단기는 주파수가 높아질수록 감도가 저하되므로, 인버터 대응형 누전 차단기가 사용되기도 한다.[51],[52]

5. 1. 기술적 난점

최근의 전기·전자 기기는 과거에 비해 전자파 적합성을 구현하는 데 더 높은 기술력을 요구한다. 그 이유는 다음과 같다.[60]

  • 부품이 디지털화 되면서 더 낮은 전압에서 동작하여 내성이 낮아졌다.
  • 플라스틱과 같은 비전도성 재질의 기구가 도입되어, 과거 금속 재질 기구가 갖던 전자파 차폐 능력이 줄어들었다.
  • 소형화와 집적도 증가로 인해 간섭 요인이 증가하였다.


예를 들어 고주파 전류(노이즈)가 중첩된 전원 선로가 부하와 연결된 회로를 가정할 수 있다. 이 선로가 트위스트 페어인 경우, 두 선 사이의 전자기 결합은 강하며, 선로 근처에 다른 도체(섀시, 프레임 등)가 있더라도, 그것과는 결합·유도되기 어렵다. 이때, 이 폐회로를 흐르는 전류가 노멀 모드 전류이며, 제어된 루프를 형성하고 있다. 트위스트 페어에서 평행선으로 변경하고, 두 선 사이의 거리를 멀리하면, 결합·유도는 두 선 사이가 아니라, 그 선로 근처에 있는 다른 도체와의 사이에서 발생한다. 전자기 결합된 도체는 대지 전압을 가진다. 이 전압을 공통 모드 전압이라고 부른다. 이 도체(섀시, 프레임 등)가 접지되어 있는 경우, 접지 전류가 흐르지만, 이 접지 전류는 공통 모드 전류이다. 접지 임피던스가 충분히 낮은 경우, 공통 모드 전류는 전체가 대지로 돌아갈 수 있다. 접지선의 임피던스가 높은 경우, 섀시·프레임상에서, 더 임피던스가 낮은 부분을 찾아내어, 제어되지 않은 리턴 경로를 경유하여 대지로 돌아가려 한다. 이 전류 또한 공통 모드 전류가 된다. 전류가 흐른다는 것은, 새롭게 전계·자계가 형성되는 것이며, 원래의 평행선에 대해 결합·유도하면, 공통 모드 전류의 루프가 발생한다. 공통 모드 전류에 의한 전계 강도는 커지기 때문에, EMC 대책에서는 특히 주의가 필요하다.[53]

6. EMC 관련 규격 및 법규

국제전기기술위원회(IEC)의 TC77 분과에서 제정한 IEC61000이 국제 표준으로 사용된다.[61] 세계 여러 나라는 이 국제 표준을 자국 실정에 맞게 준용하여 전자기 적합성 법규를 운용하고 있다.

국제 표준화 협력 증진과 다양한 EMC 표준 발행을 위해 여러 국가 및 국제 기구들이 활동하고 있다. 한 기관에서 개발한 표준을 다른 기관에서 거의 또는 전혀 변경 없이 채택할 수 있도록 표준 조화(표준)를 추구하며, 이는 유럽 전역의 국가 표준을 조화시키는 데 도움이 된다.

국제 표준 기구는 다음과 같다.


  • 국제전기기술위원회(IEC): EMC 문제에 전념하는 여러 위원회를 운영하고 있다.
  • 기술 위원회 77(TC77): 네트워크를 포함한 장비 간의 전자기 호환성을 연구한다.
  • 국제무선장해특별위원회(CISPR): 국제 전파 간섭 특별 위원회.
  • 전자기 호환성 자문 위원회(ACEC): 이 위원회 간의 IEC의 EMC 작업을 조정한다.
  • 국제 표준화 기구(ISO): 자동차 산업 표준을 발행한다.


주요 국가 기구는 다음과 같다.

  • 유럽:
  • 유럽 표준화 위원회(CEN)
  • 유럽 전기 기술 표준화 위원회(CENELEC)
  • 유럽 전기 통신 표준 협회(ETSI)
  • 미국:
  • 연방 통신 위원회(FCC)
  • 자동차 기술자 협회(SAE)
  • 항공 무선 기술 위원회(RTCA); DO-160 참조
  • 영국: 영국 표준 협회(BSI)
  • 독일: 전기, 전자 및 정보 기술 협회(VDE)


국가 또는 국제 표준 준수는 일반적으로 개별 국가에서 통과된 법률에 의해 규정된다.

유럽 연합에서는 EMC에 관한 EU 지침 2014/30/EU(이전 2004/108/EC)가 유럽 연합 내 전기/전자 장비의 시장 출시/사용에 대한 규칙을 정의한다. 이 지침은 전기 및 전자 기기, 시스템 및 설치를 포함한 광범위한 장비에 적용된다. 전자 장치 제조업체는 의무적인 CE 마크를 준수하기 위해 EMC 테스트를 수행하는 것이 권장된다.

2019년, 미국은 지자기 폭풍 또는 고고도 핵무기에 의해 발생하는 전자기 펄스에 대한 중요 인프라 보호 프로그램을 채택했다.[8]

과거에는 군용을 제외하고는 EMC(전자기 적합성) 문제에 큰 관심을 두지 않았다. 그러나 디지털 회로에 사용되는 DC 전원 전압의 저하, 클럭 속도의 상승, 스위칭 전원을 채택하는 기기의 증가 등으로 인해 기기의 오작동, 작동 불가, 재시동 등의 전자기 방해 문제가 발생하면서 EMC가 주목받기 시작했다.

이에 따라 각국의 담당 조직(미국의 FCC, 유럽의 CEN, CENELEC, ETSI, 영국의 BSI, 일본의 VCCI)은 물론이고, 국제 전기 표준 회의 (IEC)와 같은 국제 기구도 EMC 규격을 포함한 세계적인 표준 규격을 제정하려는 노력을 기울이고 있다.

6. 1. 대한민국의 EMC 규제

대한민국전파법에 따라 전자기 적합성 규제를 시행하고 있으며, 방송통신위원회 산하 한국전파연구소에서 관련 지침을 운용하고 있다.[61] 국내 EMC 규격은 KN 규격으로, IEC 61000, CISPR 등 국제 규격을 기반으로 제정되었다.

'''국내 전자기 적합 대상 기기와 국내외 규격 현황'''[62]
구분국내 전자기 적합등록 대상 기기국제 규격국내 규격규격 현황
기본
규격
일반규격 시험시 기본 적용 규격
(시험장 평가 및 측정기기 조건 등)
CISPR 16-1,2: 장해 방지 시험KN 16-1~5, 2~4개정(2006.1.2)
IEC 61000-4-2,3,4,5,6,8,11: 보호시험 방법KN-61000-4-2,3,4,5,6,8,11개정(2006.1.2)
IEC 61000-3-2,3: 하모닉 플리커없음정보기기 적용을 위한
규격 제정 작업 중
공통
규격
제품규격이 없는 경우 적용IEC 61000-6-1~4: 주거, 상업, 공업환경 용공통규격
제품
규격
ISM기기EMICISPR 11: 산업 과학 의료 용KN11
EMSIEC 60601-1-2: 의료용KSC IEC60601-1-22020.8월에 4.1판 나옴
대한민국은 3.0판 사용중
방송수신기EMICISPR 13: 방송수신기KN13
EMSCISPR 20: 방송수신기KN20
가전기기EMICISPR 14-1: 가전/전자레인지KN14-1 / KN19
EMS국제 규격 없음
조명기기EMICISPR 15: 조명기기KN15
EMSKN61547
정보기기EMICISPR 22: 정보기기KN22개정(2006.1.2)
EMSCISPR 24: 정보기기KN24개정(2006.1.2)
자동차(EMI/EMS)IEC 자동차 규격KN41
고속철도EMIIEC 고속철도 규격KN50
EMSIEC 고속철도 규격KN51
전력선 통신EMICISPR 규격 제정중KN60
EMSCISPR 24KN24
고압설비(EMI/EMS)CISPR 18: 고압설비국제적으로 적용 안됨
무선기기(EMI/EMS)
(휴대폰, 무선렌)
ETSI EN301-489-1&7,17:
무선기기(휴대폰,무선렌)
KN301 489-1/17


7. EMC 시험 및 측정

EMC 시험은 방사 시험과 내성 시험으로 나뉜다. 대부분의 표준에서 참조 사이트로 사용되는 개방형 시험장(OATS)은 대형 장비 시스템의 방사 시험에 유용하다.[4] 물리적 프로토타입의 RF 테스트는 무반향 챔버, 반향 챔버, 기가헤르츠 횡 전자파 셀 (GTEM 셀)과 같은 특수 EMC 시험 챔버에서 수행되기도 한다. 전산 전자기학 시뮬레이션을 사용하여 가상 모델을 테스트하기도 한다.

테스트 챔버, 사이트, 소프트웨어를 포함한 테스트 장비는 적절하게 보정 및 유지 관리되어야 한다. 일반적으로 특정 장비에 대한 테스트 실행에는 EMC 테스트 계획과 테스트 보고서가 필요하며, 전체 테스트 프로그램에는 여러 개의 문서가 필요할 수 있다.

방사 시험은 방사 전계 강도와 전도성 방사로 측정된다. 전도성 방사의 경우 LISN (선 임피던스 안정화 네트워크) 또는 AMN (인공 주 전원 네트워크), RF 전류 클램프가 사용된다. 방사 측정을 위해서는 다이폴, 바이코니컬, 로그 주기, 이중 능형 도파관, 원추형 로그 나선형 설계 등의 안테나가 사용된다. 방사 노이즈는 DUT 주변의 모든 방향에서 측정해야 한다.

EMC 규정 준수 테스트에는 특수 EMI 테스트 수신기 또는 EMI 분석기가 사용된다. 이 장비에는 국제 EMC 표준에 지정된 대역폭 및 검출기가 통합되어 있다. EMI 수신기는 스펙트럼 분석기를 기반으로 하거나, 조정 가능한 더 좁은 대역 장치를 기반으로 할 수 있다. 프리셀렉터 필터를 사용하여 수신기의 프런트 엔드에서 강력한 대역 외 신호의 영향을 줄일 수 있다. 일부 펄스 방사 노이즈는 오실로스코프를 사용하여 시간 도메인에서 펄스 파형을 캡처하는 것이 더 유용할 수 있다.

내성 시험은 방사 전계 내성과 전도 전압 및 전류 내성 시험으로 나뉜다. 방사 전계 내성 테스트는 고출력 RF 또는 EM 에너지 소스와 방사 안테나를 포함한다. 전도 전압 및 전류 내성 테스트는 고출력 신호 발생기와 전류 클램프 또는 다른 유형의 변압기를 포함한다.

과도 또는 EMP 신호는 서지, 낙뢰, 스위칭 노이즈를 포함한 전력선 장애에 대한 DUT의 내성을 테스트하는 데 사용된다.[5] 자동차에서는 배터리 및 신호 라인에서 유사한 테스트가 수행된다.[6][7] 과도 펄스는 디지털 방식으로 생성되어 광대역 펄스 증폭기를 통과하거나, 특수 펄스 발생기에서 변환기에 직접 적용될 수 있다. 정전기 방전 테스트는 "ESD 피스톨"이라고 하는 압전 스파크 발생기로 수행된다. 낙뢰 또는 핵 EMP 시뮬레이션과 같은 더 높은 에너지 펄스는 큰 전류 클램프 또는 안테나가 필요할 수 있으며, 일부 안테나는 매우 커서 실외에 위치해야 하므로 주변 환경에 EMP 위험을 발생시키지 않도록 주의해야 한다.

8. EMC 설계

접지와 차폐는 방출을 줄이거나 전자파 간섭(EMI)을 피해자로부터 멀리 우회하는 것을 목표로 하는 일반적인 EMC 설계 기술이다. 접지는 접지 또는 접지면과 같은 방식을 사용하며, 안전 규정도 충족해야 한다. 차폐는 차폐된 케이블을 사용하며, 신호 와이어는 양쪽 끝에서 접지된 외부 전도성 레이어로 둘러싸여 있다. 전도성 금속 하우징도 간섭 차폐 역할을 하며, RF 개스킷을 사용하여 누출되는 간섭의 양을 줄일 수 있다.[35]

이 외에도 다음과 같은 EMC 설계 기술이 사용된다.


  • 디커플링 또는 RF 초크 및/또는 RC 요소를 사용한 필터링. 라인 필터는 장치와 라인 사이에 이러한 조치를 구현한다.
  • 균형 잡힌 차동 신호 및 리턴 경로, 임피던스 매칭과 같은 케이블 및 배선을 위한 전송선 기술.
  • 순환 전류 루프, 공진 기계 구조, 불균형 케이블 임피던스, 제대로 접지되지 않은 차폐와 같은 안테나 구조를 피한다.
  • 송신기 설치 주변 및 근처의 금속 구조물 사이에 형성될 수 있는 불필요한 정류 접합을 제거한다. 이러한 접합은 의도하지 않은 안테나 구조와 결합하여 송신기 주파수의 고조파를 방사할 수 있다.[36]


방출을 줄이기 위한 추가 조치는 다음과 같다.

  • 불필요한 스위치 작업을 피하고, 필요한 스위칭은 가능한 한 천천히 수행한다.
  • 노이즈가 많은 회로(예: 스위칭 활동이 많은 회로)는 설계의 나머지 부분과 물리적으로 분리한다.
  • 스펙트럼 확산 방식을 사용하여 단일 주파수에서 높은 피크를 피한다.
  • 고조파 파동 필터.
  • 저수준 신호에서 작동하도록 설계하여 방출에 사용할 수 있는 에너지를 줄인다.


민감도를 줄이기 위한 추가 조치는 다음과 같다.

  • 퓨즈, 트립 스위치, 회로 차단기.
  • 과도 전압 흡수기.
  • 상대적인 노이즈 레벨을 비교하여 줄여 더 높은 신호 레벨에서 작동하도록 설계한다.
  • 디지털 회로의 오류 수정 기술.
  • 신호 라우팅을 위한 차동 신호 방식 또는 기타 공통 모드 노이즈 기술

구체적인 EMC 설계 방법

  • 기능 접지: 접지는 EMC 대책에서 가장 기본이다. 전자기 에너지는 부하 회로에서 튀어나온 에너지이지만, 전계나 자계로 회로, 배선, 또는 기생 용량에 머무는 성질이 있다. 그 잔류 전하를 대지로 방전시키는 접지가 기능 접지이며, 기기의 성능이나 기능을 유지하기 위해 필수적이다. 프레임이나 섀시 등의 도전성 구조부가 충분히 커서 잔류 전하를 공기 중으로 자연 방전할 수 있다면, 접지가 아닌 기능 본딩을 해도 좋다.[35] 프린트 기판, 케이블, 장치의 구성 부품을 기능 접지(본딩)하는 것은, 고립 도체를 만들지 않기 위해서이다.[36] 고립 도체가 시간을 들여 많은 전하를 가지면, 절연을 파괴하여 정전기 방전이 발생할 수 있다.

  • 중성선 접지의 유지: 단상 기기에서는, 가는 선로인 활선 L과 오는 선로인 중성선 N(뉴트럴)은 크기가 같고 역방향의 전류가 흐른다. 스위칭 전원, 트라이액 제어 등 비선형 부하에서는 고조파가 발생[37]하고, 그 무효 에너지의 일부는 EMI로 방출되며, 나머지는 중성선을 통해 대지로 돌아간다.[38] 전원 스위치나 스위칭 소자로 중성선을 개폐하면 고조파 에너지가 중첩된 선로를 스위칭하게 되므로, 방출하는 EMI가 커진다. 비선형 제어되는 부하에서는 특히, 중성선의 접지 상태를 유지할 필요가 있다(IEC, JIS 등의 기술 기준에서는 접지 측인 중성선만의 단로 및 스위칭은 기본적으로 허용하지 않는다).

  • 전자 기판의 설계: 회로의 외주를 베다 GND로 둘러싸면 차폐 효과를 얻을 수 있지만, 약간의 차이로 안테나로 EMI를 방출하는 측이 될 수도 있으며, 설계 기술이 요구된다.[39] 그 외, 소자의 레이아웃을 포함한 적정화를 통해 EMC 특성은 크게 개선될 수 있다.[40]

  • 정전 실드 내장 포토 커플러: 트라이액 등 파워 반도체의 전단에서 사용되는 포토 커플러는 발광 측과 수광 측이 절연되어 있기 때문에 기생 용량이 있으며, 오동작하는 것으로 알려져 있다. 스너버 회로를 사용하여 개선하는 것이 일반적이지만, 정전 실드 내장 포토 커플러는 더 노이즈에 강하다고 한다.[41]

  • 스너버 회로: 스너버 회로는 코일이나 콘덴서에 의해 전하가 잔류하는 회로를 스위칭할 때, 발생하는 스파이크 전압 dV/dt를 저항으로 열로서 소비시키는 보호 회로로, 기계적 스위치나 전자적 스위치에서 사용된다.

  • PFC 회로: PFC 회로는 역률 개선 회로이지만, 평활 콘덴서를 사용하는 전원 회로에서 발생하는 고조파를 억제할 수 있다.[42]

  • 트위스트 페어: 트위스트 페어 케이블은 RS-485 통신 및 일부 LAN 케이블의 신호선 등에서 볼 수 있는 평행한 두 선에 꼬임을 더하여, 전계와 자계가 외부와 결합하기 어렵고, 또한 발생한 노이즈가 상쇄되는 전자기 결합이 강한 선로이다. 4선으로 전자기 결합하는 쿼드선:en:Star quad cable도 있다. 트위스트 페어는 PWM 등에서 노이즈가 대량으로 중첩되어 있는 전력·동력선에서도 유효하다.

  • 실드선: 실드선은 상기 신호선의 외측에 전자기 실드를 한 것이며, 한쪽 끝을 기능 접지할 필요가 있다(비접지에서는 고립 도체가 되어 대전된다). 섀시가 충분히 크면 접지가 아닌, 섀시에 본딩해도 유효하다.

  • 패러데이 케이지: 정전 실드 등, 여러 가지 명칭이 있지만, 배선이 아닌, 부품이나 기판, 기기를 전자기 차폐하고, 기능 접지하는 것. 금속 섀시나 케이스가 실제로 기능 접지되어 있는 것은 패러데이 케이지로서 기능하고 있다.

  • CR 필터: L과 N 사이에 배치하여, L에서 발생한 높은 주파수의 노이즈를 N으로 콘덴서로 바이패스시키고, 저항으로 그 에너지를 열로 변환하여 소비시킨다.

  • 페라이트 코어: 선로 밖으로 튀어나온 높은 주파수의 노이즈의 에너지를 열로 변환하여 소비시킨다. 페라이트 코어는 초크 코일에서도 사용된다.[43]

  • Y 콘덴서: L과 N의 양쪽에 콘덴서를 배치하여, 대지로 그 에너지를 방전시킨다. 데스크톱 PC 전원의 Y 캐패시터의 출력이 케이스에 본딩되어 있는 것이 있다. 따라서, 케이스를 접지하지 않으면 Y 콘덴서에 의해 2개로 분압된 대지 전압 50V가 케이스에 발생하는 경우가 있다.[44] 에너지가 작으므로 위험은 없지만, 접지함으로써 전하를 대지로 효율적으로 방전시킬 수 있어 동작이 안정된다.

  • 차동·밸런스 회로: 신호의 배선은 공급 배선과 귀환 배선이 있다. 일반적으로 귀환 배선은 시그널 GND에 연결된다. 시그널 GND가 0 전위이면, 신호 배선은 노이즈의 영향을 받기 어렵다. 그러나 실제로는 전압이 존재하는 경우가 있으며, 신호의 S/N비가 나빠진다. 귀환 배선에 공급 배선과 역 위상(위상차 180°)의 신호를 사용하면, 유효한 시그널 GND가 없더라도, 발생하는 노이즈가 캔슬되어, 신호의 S/N비는 양호한 상태를 유지할 수 있다. 일본 및 미국에서 채용되고 있는 단상 3선식 200V(미국은 240V)는 차동·밸런스 회로의 일종이며, 단상 200V 기기를 접속했을 때, 배선에 노이즈가 발생해도 역 위상이므로 캔슬할 수 있다.

  • 바리스터: X 콘덴서 및 Y 콘덴서와 같이 사용한다. ESD 등 순간적이고 더 큰 노이즈에 대응할 수 있다고 한다.[45]

  • 라인 필터: EMI 필터라고도 불린다. 여러 EMC 대책 부품을 조합한 제품이지만, L과 N의 극성을 맞추고, 기능 접지가 확실하지 않으면, 본래의 성능을 발휘할 수 없다.


EMC 대책 부품 메이커로는 TDK무라타 제작소가 대표적이다. EMC를 다루는 기술 서적으로는, 과학정보출판이 발행하는 일본 국내 유일의 월간지인 월간 EMC 및 EMC 전문 포털 사이트 CEND 등이 대표적이다.

9. EMC 관련 국제 표준 기구

국제전기기술위원회(IEC)는 EMC 문제에 전념하는 여러 위원회를 운영하고 있다. 그중에는 네트워크를 포함한 장비 간의 전자기 호환성을 연구하는 기술 위원회 77(TC77)과 국제무선장해특별위원회(CISPR)가 있다.[8] 또한, 전자기 호환성 자문 위원회(ACEC)는 이 위원회 간의 IEC의 EMC 작업을 조정한다. 국제 표준화 기구(ISO)는 자동차 산업 표준을 발행한다.

10. EMC 관련 한국 국내 기구 및 법규

대한민국전파법에 전자기 적합성 규제 근거를 마련하고 방송통신위원회 산하 한국전파연구소에서 관련 지침을 운용하고 있다.[61]

11. EMC와 관련된 역사

초기 전자파 적합성 문제는 낙뢰(낙뢰 전자기 펄스, LEMP)였다. 18세기 중반 피뢰침이 등장했다.[3] 19세기 후반 전력 생산 및 전력 공급선이 등장하면서, 장비 단락 고장으로 인한 전력 공급 문제, 낙뢰로 인한 화재 및 감전 위험 문제가 발생했다. 발전소에는 출력 차단기가, 건물과 기기에는 입력 퓨즈가 제공되었고, 20세기 후반에는 소형 회로 차단기(MCB)가 사용되었다.

1800년대 후반 굴리에르모 마르코니의 불꽃 간극 실험과 함께 무선 간섭과 그 해결책이 시작되었다.[3] 20세기 전반기 무선 통신 발전과 함께 방송 라디오 신호 간 간섭이 발생하여, 간섭 없는 통신을 위한 국제 규제 체계가 마련되었다.

20세기 중반, 스위칭 장치(자동차, 오토바이, 가전제품) 사용으로 가정용 라디오 및 TV 수신에 일시적 간섭이 발생하여, 간섭원 억제를 위한 법률이 통과되었다.

ESD(정전기 방전) 문제는 위험 환경(석탄 광산)이나 항공기, 자동차 연료 공급 시 발생한 전기 스파크 방전으로 처음 발생했다.

제2차 세계 대전 이후 군은 핵 전자기 펄스(NEMP), 낙뢰, 레이더 빔이 차량, 이동 장비, 항공기 전기 시스템에 미치는 영향에 대해 우려했다.

높은 RF 방출 수준이 문제가 되면서 (전자레인지 등장) 특정 주파수 대역이 산업, 과학, 의료(ISM) 용도로 지정, 열 안전 표준에 의해 방출 수준이 제한되었다. 국제전기통신연합은 ISM 장치 방사선 제한 권고안을 채택했다. 사이드밴드 및 고조파 방출, 광대역 소스, 전기 스위칭 장치와 그 피해자의 인기가 증가하면서 표준 및 법률이 발전했다.

1970년대 후반부터 현대 디지털 회로의 인기로 EMC가 중요해졌다. 기술 발전으로 스위칭 속도 증가(방출 증가), 회로 전압 감소(감수성 증가)로 문제가 되었다. 여러 국가들이 EMC를 문제로 인식, 디지털 전자 장비 제조업체에 지침을 발표, 장비 출시/판매 전 필수 요구 사항을 규정했다. 유럽 및 전 세계 국가는 조직을 설립, 지침 및 관련 표준을 유지했다. 1979년, 미국 FCC는 "디지털 장치" 전자기 방출 제한 규정을 발표했다.[3] 규제 환경은 EMC 산업(전문 장치/장비, 분석/설계 소프트웨어, 테스트/인증 서비스) 성장을 이끌었다. 저전압 디지털 회로(CMOS 트랜지스터)는 소형화로 ESD 손상에 취약해져, 온칩 강화 기술 개발에도 불구하고 새로운 ESD 규제 체제가 개발되었다.

1980년대부터 이동 통신, 방송 매체 성장으로 주파수 대역 압력이 커졌다. 규제 당국은 채널 간 간섭을 줄이기 위해 정교한 EMC 제어 방법(디지털 통신)을 사용, 주파수 대역 할당을 좁게 했다. 디지털 시스템은 아날로그 시스템보다 덜 민감하며, 정교한 보호, 오류 정정 조치 구현 방법(소프트웨어)을 제공한다.

1985년, 미국은 저전력 모바일 디지털 통신을 위해 ISM 대역을 해제, Wi-Fi, 원격 조작 자동차 문 열쇠 개발을 이끌었다. 이는 ISM 간섭의 간헐적 특성과 정교한 오류 정정 방법을 사용, 간섭 버스트 사이 조용한 간극 동안 손실 없는 수신을 보장하기 때문이다.

12. EMC의 미래

1980년대부터 이동 통신과 방송 매체의 폭발적인 성장은 사용 가능한 주파수 대역에 큰 영향을 주었다. 규제 당국은 특히 디지털 통신 분야에서 채널 간 간섭을 허용 가능한 수준으로 유지하기 위해 더욱 정교한 전자파 적합성(EMC) 제어 방법을 사용, 주파수 대역 할당을 좁게 만들었다. 디지털 시스템은 아날로그 시스템보다 본질적으로 덜 민감하며, 고도로 정교한 보호 및 오류 정정 조치를 구현하는 훨씬 쉬운 방법(예: 소프트웨어)을 제공한다.[53]

1985년, 미국은 저전력 모바일 디지털 통신을 위해 ISM 대역을 개방하여 Wi-Fi 및 원격 조작 자동차 문 열쇠 개발을 이끌었다. 이 방식은 ISM 간섭의 간헐적인 특성과 정교한 오류 정정 방법을 사용하여 간섭의 버스트 사이의 조용한 간극 동안 손실 없는 수신을 보장한다.[53]

참조

[1] 웹사이트 Electromagnetic compatibility / Basic concepts https://www.electrop[...] 2022-04-30
[2] 서적 DIN EN 61000-2-2 VDE 0839-2-2:2003-02 - Electromagnetic compatibility (EMC) VDE
[3] 서적 Introduction to electromagnetic compatibility Wiley
[4] 웹사이트 EMI/EMC Testing https://discrete.co.[...] 2024-07-24
[5] 웹사이트 EMC Testing and Standards in Transient Immunity Testing, RF Immunity http://www.electroni[...] Electronics-project-design.com 2011-07-19
[6] 웹사이트 ISO 7637-2:2004/Amd 1:2008 http://www.iso.org/i[...] Iso.org 2011-07-19
[7] 웹사이트 ISO 7637-3:2007 – Road vehicles – Electrical disturbances from conduction and coupling – Part 3: Electrical transient transmission by capacitive and inductive coupling via lines other than supply lines http://www.iso.org/i[...] Iso.org 2011-07-19
[8] USGovernment Executive Order on Coordinating National Resilience to Electromagnetic Pulses https://trumpwhiteho[...]
[9] 웹사이트 https://incompliance[...]
[10] 문서 emission
[11] 문서 immunity
[12] 문서 susceptibility
[13] 문서 coupling path
[14] 웹사이트 https://ednjapan.com[...]
[15] 웹사이트 https://www.motionco[...]
[16] 웹사이트 https://www.hioki.co[...]
[17] 웹사이트 https://cend.jp/emc_[...]
[18] 웹사이트 https://beyondmeasur[...]
[19] 웹사이트 https://www.murata.c[...]
[20] 웹사이트 https://techweb.rohm[...]
[21] 웹사이트 http://asahimusen-p.[...]
[22] 웹사이트 https://incompliance[...]
[23] 웹사이트 https://imataka-home[...]
[24] 웹사이트 https://momoyoshiblo[...]
[25] 웹사이트 https://www.vishay.c[...]
[26] 웹사이트 https://www.fa.omron[...]
[27] 웹사이트 https://www.protoexp[...]
[28] 웹사이트 https://www.fluke.co[...]
[29] 웹사이트 https://www.invertek[...]
[30] 웹사이트 https://product.tdk.[...]
[31] 웹사이트 https://www.rs-onlin[...]
[32] 웹사이트 https://www.apiste.c[...]
[33] 웹사이트 https://cend.jp/user[...]
[34] 웹사이트 https://xtech.nikkei[...]
[35] 웹사이트 https://kikakurui.co[...]
[36] 웹사이트 https://www.noise-co[...]
[37] 웹사이트 https://detail-infom[...]
[38] 웹사이트 https://catalog.club[...]
[39] 웹사이트 https://www.noise-co[...]
[40] 웹사이트 https://xtech.nikkei[...]
[41] 웹사이트 https://www.renesas.[...]
[42] 웹사이트 https://haratkhr.hat[...]
[43] 웹사이트 http://www.kohshin-e[...]
[44] 웹사이트 https://as76.net/asn[...]
[45] 웹사이트 https://www.jeita.or[...]
[46] 웹사이트 https://www.cosel.co[...]
[47] 웹사이트 https://www.meti.go.[...]
[48] 웹사이트 https://www.edn.com/[...]
[49] 웹사이트 https://dengen-navi.[...]
[50] 웹사이트 https://www.cedtechn[...]
[51] 웹사이트 http://www.mekatoro.[...]
[52] 간행물 漏電遮断器の適用と動向 https://doi.org/10.1[...] 電気設備学会
[53] 웹사이트 https://techweb.rohm[...]
[54] 문서 전기·전자 기기는 시스템, 장비, 기기 등으로 세분할 수 있으나 여기서는 일괄하여 기기라 한다.
[55] 논문 동력 분산형 고속전철의 전자파 Source 및 Victim에 관한 연구 http://www.knowledge[...] 2009-06-30
[56] 서적 EMC를 고려한 PCB 설계기술 진한엠엔비
[57] 서적 EMC를 고려한 PCB 설계기술 진한엠엔비
[58] 서적 전자기 적합성의 원리와 기법 진한엠엔비
[59] 문서 Coupling의 역어이다. 출처 - 정연춘 역, 전자기 적합성의 원리와 기법
[60] 서적 전자기 적합성의 원리와 기법 진한엠엔비
[61] 간행물 전자기장해방지기준 http://www.ktoa.or.k[...] 방송통신위원회
[62] 뉴스 국내 EMC 제도 및 표준화 연구 http://www.epnc.co.k[...] 정보통신부 전파연구소 2006-12



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