기술자료
DAEHWA E/M CO.,LTD.
01. EMC정의
전자파 적합성은 일정한 양의 전자파 간섭에 내성이 되도록 하는 동시에 기기에서 발생하는 간섭이 지정 제한치 이내로 유지되도록 하는 방식으로 기기를 설계하고 운용하는 것과 관련 된 과학 및 공학 분야이다. 따라서 EMC의 적용 범위는 그것이 전기 공급 장치에 의해 급전되는 거의 모든 기기를 총괄하므로 폭이 매우 넓다. 사실상 모든 공학 시스템은 전력 조절 및 정보 처리 장치를 통합하고 있으므로 EMC의 적용 범위에 해당한다. 관련 주파수 범위는 DC로부터 빛에 까지 이르며, 이 스펙트럼의 일부 부분에서는 전자파 간섭(EMI) 에 대한 기기의 내성을 보증하고 방출을 억제하기 위한 엄격한 국제적 규제 프레임 워크가 책정되었다.
전자파 적합성에 대한 관심은 새로운 것이 아니다. 라디오의 초창기 이래로, 설계자와 청취자는 모두 잡음, 간섭 및 접지 문제에 대해 경고가 주어졌다. 그러나 무선 통신, 디지털 시스템 및 고속 처리기의 이용이 가파르게 증가하고 새로운 설계 실무가 도입됨에 따라 전자파 적합성이 첨단 설계의 전면에 있게 되었다. 세 가지 기술적 동향이 이러한 변화를 위한 추진력을 제공하였다.
첫째,모뎀 디지털 논리와 신호 처리는 전자 밸브(수 백 볼트)를 기반으로 하는 구형 기술에 비해 상대적으로 낮은 임계 전압 (즉, 몇 볼트)을 기반으로 한다. 따라서, 모뎀 시스템의 내성은 본질적으로 더 낮다.
둘째,보다 빠른 처리 속도를 모색하는 과정에서 더 짧은 펄스 상승 시간을 이용함으로써, 장거리에 걸쳐서 방사성 메커니즘에 의해 전파될 수 있는 고주파에 상당한 양의 에너지가 기여하게 되었다.
셋째, 현대식 기기의 물리적 설계는 금속보다는 플라스틱의 이용에 기초하는 경우가 점점 더 많아지고 있다. 이에 따라 완전 금속 캐비닛 고유의 전자기 차폐가 상당히 줄어들게 되었다.
소형화와 그에 따른 축소화 설계(Compact Design) 추세와 같은 몇 가지 다른 항목도 전자파 적합성 문제에 기여하는 이 목록에 추가될 수 있다. 따라서 기기가 제대로 작동하고 국제적인 전자파 적합성 규정을 충족시키기 위해서는 모든 설계 단계에서 전자파 적합성에 세심한 주의를 기울여야 한다.
전자파 적합성은 두 가지 다른 방향에서 접근할 수 있다.
우선,어떤 것을 설계하기 전에 기기의 전자기적 기호와 외부 발생 간섭을 견뎌내는 기기의 능력을 예측하기 위해 완전한 전자파 적합성 연구를 실시하여야 한다는 주장이 있을 수 있다. 필요한 해석적 둘 및 수치적 둘 중 많은 것이 현재 가용하지 않으며, 기기 설치 환경이 항상 완전하게 명시되지는 않기 때문에, 이러한 연구를 실시하는 것은 상당히 어렵다.
둘째,전자파 적합성은 본질적으로 소방 작전이며 이 분야에서 발생할 수 있는 어떤 문제도 특별하게 다루는 것이 최선이라고 생각할 수 있다.
모뎀 설계의 복잡성과 전자파 적합성의 본질로 인해 용이하고 값싼 솔루션을 재고하는 것이 배제되기 때문에, 이러한 접근법은 분명히 위험하다.
전자파 적합성에 대한 균형 있는 접근법은 설계자가 이용할 수 있는 모든 둘을 이 분야에 이용하는 것이다. 여기에는 수치적 둘, 사내 실제 경험 및 전자파 적합성과 전자기적 상호 작용에 대한 확실한 물리적 이해 등이 포함된다. 한 사람이 이 모든 분야에서의 재능을 가질 수 없으므로, 전자파 적합성 설계를 위한 초점을 형성하기 위해서는 문제 해결을 위한 경험과 접근법이 잘 혼합되어 있는 팀을 구성하는 것이 중요하다. 몇 년간 디지털 설계에 대한 공학 교육을 강조하게 되면서 대학 졸업생 중에는 무선 주파수(RF) 설계 쟁점에 대한 이해가 위험할 정도로 낮은 수준으로 줄어들었다. 따라서, 학계와 업계에서 전자파 적합성의 인식과 기본적인 RF설계 공학의 이해도를 높이는 것은 상당히 중요하다. 전자파 적합성은 전기, 전자 및 기계 등 모든 설계 분야에 영향을 미치는 문제로 간주되어야 한다. 그것은 분리되어서는 제대로 다루어질 수 없다. 전형적으로 완성된 설계는 신호와 전력 케이블 및 (응답 전기 용량성 또는 유도성) 또는 복사 메커니즘을 통해 서로 상호 작용 하는 다수의 부 시스템(sub system)으로 구성된다. 완성된 시스템의 전자파 적합성 거동은 알려진 부 시스템의 거동으로부터 쉽게 예측할 수 없지만, 현재의 전자파 적합성 연구 목적은 이것을 달성하기 위해 필요한 방법론과 툴을 개발하는 것이다. 심각한 외부 전자기(EM) 위협이 존재하는 곳에서 신 기술과 구형 기술이 혼합되어 상용되는 경우 방대한 대규모 시스템에서의 어려움은 더욱 현저해진다. 분명히 설계자는 다양한 부 시스템 사이의 상호 작용에 의해 야기되는 기기 일부분에서의 전자파 적합성 문제를 해결하려는 모든 노력을 기울일 것이다. 그럼에도 불구하고 전자파 적합성 문제 대다수는 내부적으로 발생되는 것으로 보인다. 종종 상이한 공급자에 의해 제공된 다수의 상이한 형식의 기기가 서로 접속된 통합 시스템에 있어서 전자파 적합성 문제는 더 커질 수도 있으며, 각 장치가 지정된 전자파 적합성 제한치를 충족시키기 않고 시스템 레벨의 전자기장 상호 작용을 충분히 생각하지 않으 면 이러한 문제는 다루기가 어렵게 될 수 있다.
내부 발생 전자파 간섭(EMI) 에관한 한 성공적으로 동작하는 시스템을 개발하였던 설계자라 하더라도, 그 밖에도 국가 및 국제 표준에 명시된 전자파 적합성 제한치를 충족시켜야 한다. 이러한 제한치의 준수 여부는 명시된 조건에 따른 다수의 측정을 실시함으로써 입증될 수 있다. 전형적인 경우, 이러한 시험은 기기로부터의 EMI방출 뿐만 아니라 외부 발생 간섭에 대한 기기의 감응성이나 내성도 대상으로 할 것이다. 방출 시험에 있어서 기기는 특별한 표준에 따라 차폐실 내부나, 개방된 야외 시험장에 배치되며 지정된 주파수 범위상에서 지정된 대역폭 수신기를 이용하여 지정된 거리에서 방출된 전자 기장에 대해 측정이 이루어 진다. 사용되는 안테나의 형식 및 편파도 가능한 한 재현 가능한 측정치를 산출하기 위해 지정된다. 이런 형식의 시험은 도체의 EMI전압을 측정하는 도전성 방출 시험 (conducted emission tests)과 구별하기 위해 복사성 방출 시험(radiated emission test) 이라 한다. 어떤 경우이든 측정된 양은 지정된 제한치 보다 낮아야 한다.
내성 시험에 있어서 기기는 지정된 외부 발생 전자기장 또는 도체에 주입된 간섭 전류에 노출되어야 하며, 요구 사항은 기기가 작동되는 상태를 유지하고 있어야 한다는 것이다. 내성시험은 넓은 주파수 범위 (전형적으로 1 GHz까지)를 대상으로 하며, 과도 방전 및 정전기 방전에 대한 기기의 응답을 검사하기 위한 펄스형 입사 전자기 신호도 포함한다. 다수의 동작 방식이 있는 복잡한 기기에 대해서는 내성을 증명하는 것이 어려울 수 있다.
설계자는 기기의 상이한 부분으로부터의 나오는 전자기장 방출의 성격 및 중요성과 전체 시스템의 기능적 무결성에 미치는 외부 발생 간섭을 확인할 의무가 있다. 설계자는 가능한 한 간섭원에서의 간섭, 발생을 최소화하고, 적절한 배치 차폐 필터링, 및 접지 방법에 의해 회로 결합통로를 경감하거나 제거하고, 전자파 간섭(EMI)에 대해 고유의 내성을 갖춘 하드 웨어를 설계하고, 전자파 간섭(EMI) 에 대한 고도의 내성을 갖춘 소프트웨어를 개발하기 위한 방어적인 프로그래밍 방법을 채택하는 것을 시도한다.
이러한 옵션 중 비용이 들지 않는 것이 거의 없으며 대부분은 기기의 정상적인 동작 특성, 크기, 외형 및 중량에 악영향을 미칠 수도 있다. 너무 많은 상호 의존적 파라미터에 의존하기 때문에 이러한 설계 문제에 대해 최적의 해를 찾는 것은 쉬운 문제가 아니다.
전자파 적합성의 연구 목적은 설계의 개념 형성 단계에서 조차 전자파 적합성 문제를 참작 하도록 하고 최소의 비용으로 현명한 선택을 할 수 있도록 하기 위해, 시작부터 최적의 전자파 적합성 설계 절차가 설계 과정에 통합되도록 하는 방법 및 툴을 개발하는 것이다.