EMC의 정의, 종류, 발생 원인 및 대책
EMC라는 얘기를 많이 들어 보셨을 겁니다
저는 20여년의 회로 설계 및 Reviewer 경험이 있습니다. 회사에 처음 입사했을 때 EMC에 강한 설계를 해야 한다는 이야기를 수없이 들었습니다만, EMC가 뭔지 제대로 알려주는 선배가 아무도 없었습니다. 초급자의 관점에서 제가 경험한 EMC가 무엇인지 포스팅을 해 보려 합니다. 제가 보는 관점이 다를 수 도 있기 때문에 이런 관점도 있다는 시선으로 봐 주시면 좋겠습니다.
1. EMC의 정의
- EMC는 Electromagnetic Compatibility의 약자입니다. 전자 양립성 또는 전자 적합성 이라고 합니다.
- 초보자가 이해하기에는 한국어로도 어렵네요. 쉽게 풀어서 설명하면 전자기기가 다른 전자기기에 영향을 주지도 않고 다른 전자기기로부터 영향을 받지 않으면서 본래의 성능을 유지해야 합니다. 이런 의미로 전자 양립성이라고 표현할 수 있겠습니다.
- Electromagnetic이라는 용어는 전기와 자기의 합성어 입니다. 전기가 흐르면 주변에 자기장이 형성됩니다. 전기가 흐르는 곳에는 반드시 자기도 있다고 생각하시면 됩니다. 전자파라고 많이들 들어보셨죠? 전기와 자기는 짝궁이기때문에 전기와 자기의 합성어로 ‘전자’라는 표현을 하고 ‘파’는 wave를 의미합니다. wave는 공기중에 방사되는 전기와 자기의 에너지가 파도처럼 퍼져나간다는 의미입니다. 이해가 되시나요?
- 모든 전자기기에는 전자파 시험을 합니다. 전자파 시험에 통과된 제품만 판매가 될 수 있습니다. 그런데 일반 사람들이 오해하는 부분은 전자파 시험에 통과한 제품이기 때문에 전자파가 전혀 나오지 않는다고 생각하시는 분들이 있습니다. 그렇지는 않고 평가사양에 주파수대별로 정해놓은 전자파 노이즈 레벨이 있습니다. 통상 인체에 해를 끼치지 않거나 다른 전자기기에 방해가 되지 않을 정도의 전자파 레벨을 규정해 놓고 규정해 놓은 레벨을 넘으면 NG, 넘지 않으면 OK가 됩니다.
- 다시 정리하면 EMC는 전기와 자기의 적합성 정도로 해석하면 되겠습니다.
2. EMC의 분류
- 다시 어려운 표현을 쓰면 EMC는 EMI와 EMS로 구별됩니다. EMI는 Electromagnetic Interference의 약자로 전자방해로 해석할 수 있고, EMS는 Electromagnetic Susceptibility로 전자감수성으로 해석할 수 있습니다. 이는 앞서 설명한 전자기기가 다른 전자기기를 방해한다는 의미로 EMI로 표현할 수 있고, 다른 전자기기로부터 전자방해를 받는다는 의미로 EMS로 표현할 수 있습니다.
- EMI(전자방해)는 CE와 RE로 구별할 수 있습니다.
- CE는 Conducted Emission의 약자로 전도 노이즈라고 해석할 수 있습니다. 이는 전원단에서 발생하는 노이즈를 의미하고 RE는 Radiated Emission의 약자로 방사 노이즈라고 해석할 수 있습니다. 이는 신호단에서 공기중으로 방사되는 노이즈를 의미합니다.
- EMS(전자 감수성)은 CI와 RI가 있습니다.
- CI는 Conducted Immunity의 약자로 전도 내성이라고 해석할 수 있습니다. 이는 전원단으로 노이즈가 들어올 경우 어느 정도 견뎌내는 내성을 갖고 있는지의 의미입니다. RI는 Radiated Immuity의 약자로 신호단에 노이즈가 들어올 경우 어느 정도 견뎌내는 내성을 가지고 있는지의 의미입니다.
3. 전자파가 발생 원인
- 전자파는 어느 곳에서 발생할까요? 당연히 전자기기에서 발생합니다.
- 전자기기 안에는 PCB라는게 있습니다. Printed Circuit Board의 약자로 전자기기를 열어보면 회로 부품들이 실장된 녹색 보드판이 있습니다. 이걸 PCB라고 합니다. 전자파 노이즈는 PCB에서 나옵니다.
- PCB 전체적으로 노이즈가 나오는 것 아닙니다. 노이즈가 발생하는 곳은 전원단과 통신단에서 발생합니다. 주파수가 있는 곳은 항상 노이즈가 발생한다고 보시면 됩니다. 노이즈라는 표현을 많이 쓰게 되네요.
- 그럼 노이즈가 무엇인지 생각해 보겠습니다. 전공자가 아니라면 노이즈는 시끄러운 소리 정도로 인식하고 있습니다. 이걸 전자 공학적으로는 내가 신호로 5V를 출력했는데 측정해 보니 순간적으로 5.1V가 출력되었다면 0.1V의 노이즈가 발생한 겁니다. 그럼 0.1V의 노이즈는 문제가 있는 노이즈인지 문제가 없는 노이즈인지 판단해야 합니다. 판단 기준은 평가사양이 될 수도 있고 5.1V의 출력을 받는 입력단이 아무런 문제 없이 5V입력으로 판단한다면 0.1V의 노이즈는 있지만 문제가 없는 노이즈로 판단하게 됩니다.
- 제가 하고 싶은 말이 여기에 있습니다. 사전적 정의의 노이즈는 원래 신호에 아주 작은 노이즈가 끼게 되면 노이즈 이지만, 실제 동작상에 문제가 없는 노이즈는 노이즈가 아니라는 말입니다.
- 비유하자면 연인 둘이서 카페에 앉아서 이야기를 나눕니다. 옆에 테이블에서도 다른 커플이 이야기를 나눕니다. 하지만 내 애인과 이야기를 나누는데 방해가 될 정도의 노이즈가 아닙니다. 그럼 옆 테이블의 대화가 노이즈 이지만 내가 대화를 못 나눌 정도의 노이즈가 아니기 때문에 시끄럽다는 생각이 들 지 않는 거죠. 갑자기 옆 테이블에서 목소리를 크게 내면서 싸우기 시작합니다. 애인과 대화를 나눌 수 없을 정도로 말이죠. 그럼 이건 노이즈가 됩니다.
- 전자공학도 똑 같습니다. 모든 신호에는 노이즈가 포함되어 있습니다. 이게 유의미한 노이즈인지 무의미한 노이즈인지는 판단이 필요합니다. 이 판단은 설계와 평가로 증명해 내야 하는 겁니다.
4. 전자파 노이즈 대책
그럼 전자파 노이즈 대책에 대해서 알아보겠습니다. 전자파 노이즈 대책은 다음과 같이 4가지가 있습니다.
회로웨 설계시 필터 설계
- R/L/C 필터, RC필터, 파이필터, snubber회로 등 많은 방법이 있습니다. 말 그대로 회로 내/외부에서 발생하는 노이즈를 필터링하는 역할을 합니다. 다시 한번 말씀드리면 노이즈 필터라는 의미는 노이즈를 완전히 제거하는게 아니라 유이미한 수준으로 노이즈 레벨을 낮춘다는 의미입니다.
소프트웨어 설계시 전자파 필터 설계
- 소프트웨어적으로도 필터 설계가 가능합니다. 한가지 예를 들면 외부에서 순간적으로 정전기 노이즈가 들어왔습니다. 이걸 신호로 보면 안되기 때문에 소프트웨어 필터를 사용하여 몇 msec동안 몇 번을 모니터링 했을 경우 유의미한 전압이 계속 들어와야 신호를 처리합니다. 이런 방식으로 소프트웨어 필터를 사용합니다.
PCB 설계시 전자파 강건 설계
- PCB를 설계할 때는 전자파에 적합한 설계 가이드가 있습니다. 이 내용으로 계속 포스팅을 해 보려 합니다. 다음 포스팅 기대해 주세요.
차폐
- PCB보드에서 나오는 노이즈를 차폐하거나 외부로부터 유입되는 노이즈를 차폐하는 방법으로 PCB보드를 철판같은 도전성 물질로 감싼 후 GND에 연결합니다. 그러면 모든 노이즈가 GND로 빠지게 됩니다.
쉽게 작성해 본다고 했는데, 얼마나 이해가 되셨는지 모르겠네요.
다음 포스팅에는 PCB의 EMC강건설계에 대해서 하나씩 다루어 보려고 합니다.
그럼 수고들 하세요~