EMC 대책 기술

EMC의 역사적 고찰

(1) EMC(EMI/EMS) 규제의 목적은 무엇인가?

(2) 고전적인 잡음은 어떤 것이 있는가?

(3) 현대적 의미의 잡음은 어느 것이 있는가?

(4) 잡음 발생의 3요소

(5) 잡음 대책의 3요소

(6) EMC 분야는 2000년대에 어떻게 발전할 것인가?

(7) EMC기술자는 무엇을 공부해야 할 것인가?

EMC 관련 주요 용어해설

1. EMC(Electro-Magnetic Competibility) : 전자파 환경의 양립성

EMC란 협의적 의미로 전자파 환경의 양립성이라 부르고, 광의적 의미에서는 전자파 환경공학을 다루

는 총칭으로 사용되기도 한다. 전자파를 주는 측과 받는 측의 양쪽에 적용하여 기기의 성능을 확보할

수 있는 능력으로 정의된다. 혹은 EMI와 EMS를 총칭하여 EMC라 한다.

2. EMI(Electro-Magnetic Interference) : 전자파 간섭, 전자파 장해

전자기적인 간섭은 회로 기능을 약화시키고, 오동작을 일으킬 수 있는 불필요한 신호로 장비가 동작

되는 동안은 불가분하게 발생된다. 다시말해 선형적인 신호가 비선형회로망을 통과하면 출력에 비선형

적인 고조파가 발생되는 데 이를 EMI라 한다.

규정에 따르면 “방사 또는 전도되는 전자파가 다른 기기의 기능에 장해를 주는 것” 이라 정의된다.

3. RFI(Radio Frequency Interference) : 무선주파 간섭

무선주파 간섭은 전자파 간섭과 같은 의미로 사용된다. EMI와 관련된 모든 전자기 스펙트럼을 포함

하는 것으로 정의되기 때문에 RFI는 10kHz에서 10GHz(또는 40GHz)사이의 무선 주파수 대역으로 한정한

다.

4. ESD(ElectroStatic Discharge) : 정전기 방전

운동체의 대전으로 발생한 고전압의 방전으로 전계가 부근 유전체의 절연파괴 전압을 넘으면 방전을

시작한다. ESD는 IEC 1000-4-2로 시험방법과 절차가 규정되어 있다.

5. Susceptibility : 감수성/민감도

전자/전기기기가 외부로 부터 전자 에너지를 받을때 정상적인 동작이 확보될 수 있는 능력, 즉 전자

기적 민감도이다. 이는 Immunity의 역수로 표기되는 것이 원칙이나 일반적으로 공용된다.

6. Immunity : 방해 배제 능력 또는 내성

전자파 간섭에 대해 기기자체의 성능 저하가 발생되지 않는 기기의 능력

7. Emission : 방출

전도 또는 방사에 의해 전자기 에너지 발생원에서 전파된 전자 에너지가 외부로 나가는 현상을 말하

는데 Conductive Emission과 Radiative Emission이 있다.

8. Radiation : 복사

잡음 발생원에서 자유공간을 통해 외부로 고주파 신호 또는 간섭전파가 전파되는 현상이다.

9. Radiative(tion) Emission : 복사 방출

전자기 에너지원에서 자유공간에 방사되는 공간 전자파이다.

10. Electro-Magnetic Field Strength : 전계 강도

이 용어는 원래 원방계(Far Field)에서 (d > λ / 2π)가 적용되어져야 할 것이지만, 현재는 불명확

하게 사용하고 있고 그 단위는 주로 [V/m]로 표시된다.

11. Induction Electromagnetic Field : 유도 전자계

d< /2의 범위인 근접계(Near Field)에서 존재하는 전자계이다.

12. Dip(딥)

전원 전압의 순간적인 저하 현상을 말하는데 IEC 1000-4-11로 이에 대한 내성을 평가하도록 되어 있

다.

13. NM(Noral Mode noise) 또는 DM(Differential Mode)이라함 : 이상(異相)잡음

신호와 잡음 전압이 부하에 대해 직렬로 가해져 생기는 잡음으로 통상 선간잡음이라 한다.

이는 특성상 전류방향이 서로 달라 자속이 쇄교되어 멀리 전파되지 않으므로 크게 문제삼지 않고 측

정하지도 않는다. 그림 2의 Vnm성분을 말한다.

14. CM(Common Mode noise) 동상 잡음

2개의 전원선(신호선)에 대하여 전압, 전류가 공통으로 가해진 형태의 잡음을 CM이라하고 이는 각

선과 접지 사이에 나타내는 그림 2의 Vnc잡음을 말한다.

15. 공통 임피던스 결합 노이즈(Common Impeadance Doupling Noise)

접지선이 고주파에서 임피던스를 갖기 때문에 생기는 잡음으로 주로 접지선을 공통으로 사용하는 경

우에 발생된다.

16. 정전결합 노이즈(Electrostatic Coupling Noise)

평행으로 설치된 서로 다른 2선간의 용량에 의해 발생하는 잡음으로 이의 대책방법으로 배선간 용량

을 줄이는 방법, 즉 거리를 멀리하거나 유전율을 낮추는 방법이 있다.

17. 전자 결합 노이즈(Electromagnetic Coupling Noise)

평행으로 설치된 배선의 상호 인덕턴스에 의해 발생하는 잡음이다.

18. X-Capacitor

1선(Hot 또는 Neu)과 대지간에 삽입된 용량을 말한다. X-Cap. 용량의 크기에 따라 잡음차단 능력

(Commom Mode)은 일반적으로 좋아지나 누설전류가 능가하여 인체안전에 문제가 되므로 472이상은 사용

할 수 없으며, 대부분 고주파 특성이 우수한 세라믹 컨덴서를 사용한다. 단, 군용기기나 실드룸용 필

터는 누설전류를 무시하는 경우가 많다.

19. Y-Capacitor

1선과 또다른 1선간(Hot-Neu)에 삽입되는 용량으로 주로 NM성분의 노이즈를 차단하는데 효과가 있으

며, 낮은 대역(1MHz이하)에서 NM-CM 변환성분을 줄여 CM제거에도 효과가 있다. 주로 필름 컨덴서를 사

용하며, 누설전류의 영향이 없기 때문에 용량의 크기에 문제가 없다.

20. 접지루프(Ground loop)/접지루프에 의한 결합(Ground loop coupling)

접지루프란 그림 3과 같이 A기기와 B기기가 각각 별도로 접지되어 있을 때 대지를 경유한 접지경로

를 말한다. 대부분의 프로세서 제어기기의 오동작은 이와 같은 접지루프가 존재하게되어 오동작을 일

으키는데, 접지루프간의 결합은 길이 길수록, 주파수가 낮을수록 결합량은 커지게 된다. 따라서 1측기

기의 접지를 분리하거나 접지용 인덕터를 삽입하여 결합량을 최소화시킬 수 있는데 고주파 기기를 제

어하고 가능한 접지루프의 크기를 작게하거나 루프수를 줄이는 것이 자동화 기기의 오동작을 경감시키

는 최선의 방법이다.

전자파 잡음의 발생

전기·전자기기가 동작하면 왜 전자파가 발생되는지 전자파 발생원인에 대해 살펴본다.

물론 전자파는 단위시간당 전류변화가 급격한 경우 발생되지만 이를 회로망 이론을 사용하여 설명하

면 다음 그림 4와 같이 선형신호를 비선형 회로망에 통과시키면 출력에 비선형신호가 출력된다. 이때

출력측에 나오는 신호는 비선형 회로망에서 하모닉왜곡(Harmonic Distortion)과 혼변조(Inter-

modulation)또는 변조(Mixing)를 일으켜 많은 주파수 성분이 함유된 신호가 된다.

맑은 물줄기가 황토밭을 통과하면 흑탕물이 되듯이 대부분의 회로망은 비선형 회로망으로 출력측에

는 주파수 대역과 크기의 차이는 있을지라도 출력에는 반듯히 기본파외에 고조파가 발생된다. 위 그림

을 S파라메타로 볼 때 S11성분은 입력측 배선과 회로망 사이의 임피던스 부정합에 의해 발생되는 입력

반사량이며, S12는 입력측에서 출력측에 전달되는 투과 에너지량이다. S21의 경우 출력 차단의 S12성

분이 1차측으로 되돌아 가는 출력측 반사량으로 S12이외에 다른 파라메타 등이 증가하면 반사가 커져

기기에 손상을 가져 올 수 있고, 고자파 발생량을 증가시킨다. 고주파 공학에서 하모닉이라함은 기본

파의 배수 고조파를 말하며, 스퓨리어스라 함은 배수고조파 사이에 나타나는 고조파 성분으로 주로 변

조방식(AM, FM, PM 등)에 따라 분포가 달라진다.

1. 전자파 발생 Mechanism의 신호·해석이론

비선형 회로망에 선형신호가 입력되는 경우, 주파수 성분을 고려한 임피던스를 생각하면 하모닉 왜

곡(Hamonic distortion)과 혼변조 왜곡(Inter-modulation distortion: Mixing)이 생긴다.

(1) 하모니 왜곡(Hamonic distortion)

이 경우 출력측 신호해석에는 전력 급수 전개 방식이 사용되는데, 출력측의 순시전류를 Ⅰ, V는 전

압, a0를 기본전류(0이 될 수 있다) ai를 상수라고 할 때(이 때 ai는 Ω-1의 차원식) 다음식으로 표현

된다.

(1)

만일, 여기서 V=Acos wt라 하면 전류 I는 다음식으로 표현한다.

(2)

이 식을 삼각함수 구분자로 표현하여 2차항까지 다음식으로 나타낼 수 있다.

,

(2)식을 정리하여 다시쓰면 순시전류 I는 다음식으로 나타낼 수 있다.

(3)

(3)식의 의미는 기본 주파수와 배수 고조파의 합으로 되어 있음을 알 수 있다. 비선형 회로의 다른

형태인 크렘핑 회로의 경우 정현파를 최대치 보다 낮은 신호로 크램핑 하는 경우 구형파에 가까워져

더 많은 고조를 갖게된다.

① 혼변조 왜곡(Intermodulation distortion or Mixing)

비선형 회로를 통과한 신호가 입력 주파수에 배수 고조파가 아닌 경우를 생각해 보자. 2개의 서로다

른 W1, W2의 각 주파수를 갖는 신호 V(t)가 비선형회로망에 입력시 식(1)에 의해 다음과 같이 표시된

다.

(4)

출력전류 i(t)는 다음식으로 나타내진다.

(5)

이 식을 n차항까지 합을 취할 수 있는 일반식으로 표현하면 다음 (5)식과 같이 나타난다.

(6)

여기서, n과 m은 비종속 계수

이 경우 혼변조가 되어 다음 표 3과 같은 주파수 성분이 나타내 진다.

어떤 신호의 변화를 분석하는 방법은 시간축상에 관찰하는 오실로스코프와 주파수축상에서 신호를

분석하는 스펙트럼 분석기가 있다. 다시말해 오실로스코프로 어떤 전기적인 에너지를 시간축상에서 관

찰하는 것을 주파수 영역에서 스펙트럼 분석기로 분석하기 위해 등가적으로 변환하는 수식적인 표현의

일종이다.

(7)

삼각파의 경우 퓨리어 급수로 다음과 같이 표현된다.