EMC란 무엇인가: 방출과 내성, 결합 경로, 시장 출시 절차

전자기 적합성(EMC)은 기기가 자신의 전자기 환경에서 만족스럽게 동작하면서, 그 환경 안의 다른 어떤 것에도 견딜 수 없는 전자기 교란을 주지 않는 능력입니다. 국제전기용어(IEV 161-01-07)의 이 정의는 두 부분으로 나뉘며, 실무에서 만나는 모든 EMC 요구사항은 둘 중 하나에 속합니다. 이 글에서는 두 부분의 의미, 모든 간섭 문제를 분석하는 소스–경로–피해 장치 모델, 그리고 제품을 EU·미국·한국·일본 같은 시장에 팔기 전에 거치는 절차를 설명합니다.

방출과 내성: EMC의 두 부분

방출 요구사항은 제품이 밖으로 내보내는 것을 제한합니다. 케이블로 전도되는 잡음과 외함·케이블에서 복사되는 전자계가 대상입니다. 내성 요구사항(아시아 시장에서는 전자기 감응성이라는 뜻의 EMS로 자주 씁니다)은 제품이 합리적으로 예상되는 교란에 노출되어도 계속 동작하는지 확인합니다. 사용자의 정전기 방전, 근처 무선기의 RF 전자계, 부하 개폐에서 생기는 고속 과도 현상, 전원선에 들어오는 낙뢰 서지가 그 예입니다. 한쪽은 합격하고 다른 쪽은 불합격할 수 있으므로 두 가지는 따로 설계하고 따로 시험합니다.

내성 시험의 결과는 숫자가 아니라 판정입니다. 기준 A는 시험 중과 시험 후 모두 사양 안에서 정상 동작하는 것입니다. 기준 B는 시험 중 일시적인 성능 저하를 허용하되 시험 후 EUT가 스스로 회복해야 합니다. 기준 C는 기능을 복구할 수 있다는 조건에서 운용자 조작이나 재시작이 필요한 일시적 기능 상실을 허용합니다. 시험별로 어느 기준을 적용할지는 제품 규격이 정하지만, 그 제품에서 정상 동작이 무엇인지는 제조자가 정의해야 하며, 이 정의는 시험 시작 전에 시험 계획서에 들어가야 합니다.

소스–경로–피해 장치 모델

모든 간섭 문제에는 세 요소가 있습니다. 교란을 만드는 소스, 교란을 전달하는 결합 경로, 기능이 영향을 받는 피해 장치입니다. 셋 중 하나만 없애거나 약하게 해도 문제는 사라집니다. 이 모델은 양방향으로 쓰입니다. 방출 시험에서는 제품이 소스이고 수신 안테나나 LISN이 피해 장치를 대신합니다. 내성 시험에서는 시험 발생기가 소스이고 제품이 피해 장치입니다.

네 가지 결합 경로

이 효과들은 과소평가하기 쉽습니다. 10 V/ns로 스위칭하는 노드 옆에 부유 용량이 1 pF만 있어도 에지가 지속되는 동안 10 mA가 주입됩니다. 상호 인덕턴스 5 nH에 전류 에지 0.1 A/ns가 가해지면 0.5 V가 유도됩니다. 근거리장 경계 λ/2π는 100 MHz에서 약 0.48 m이므로, 일반적인 외함 내부의 결합은 대부분 용량성이나 유도성인 근거리장 결합이고, 시험 안테나까지 복사하는 것은 보통 외함 밖으로 나가는 케이블입니다.

어디서 사슬을 끊을까

소스를 고치는 것이 대개 대당 비용이 가장 싸고 효과도 가장 큽니다. 타이밍이 허용하는 범위에서 에지를 늦추고, 확산 스펙트럼 클럭을 쓰고, 전류 루프를 작게 합니다. 다음은 경로를 고치는 것입니다. 케이블이 나가는 경계에 필터를 두고, 차폐하고, 배치를 분리합니다. 입력 필터, 소프트웨어 타당성 검사, 워치독으로 피해 장치를 강화하는 것은 내성에는 필수지만 방출 불합격에는 아무 도움이 되지 않습니다. 프로젝트 막바지에 케이블에 페라이트 클램프를 다는 것은 경로 대책입니다. 효과가 있는 경우가 많지만 생산하는 모든 제품에 비용이 더해집니다.

설계에서 출시까지: EMC 절차

전자 제품의 일반적인 경로는 다음과 같습니다.

• 시장과 제품 분류를 정합니다. 분류가 규격을 결정합니다. 멀티미디어·IT 기기는 방출에 CISPR 32, 내성에 CISPR 35를 쓰고, 산업·과학·의료(ISM) 기기는 CISPR 11, 가전제품과 전동 공구는 CISPR 14-1과 CISPR 14-2, 조명기기는 CISPR 15를 씁니다. EU에서는 EN 55032, EN 55035처럼 EN 판으로 나옵니다.
• 첫 회로도부터 EMC를 고려해 설계합니다. 접지면과 적층 구조, 모든 커넥터의 필터 풋프린트, 외함 이음새와 케이블 인입부가 대상입니다. 금형 제작이나 인증 뒤의 변경은 훨씬 비쌉니다.
• 프리컴플라이언스 점검을 합니다. 근접장 프로브를 단 스펙트럼 분석기와 케이블에 거는 전류 프로브, 전도 방출용 LISN, 가능하면 ESD 시험기를 씁니다. 결과는 절대값이 아니라 상대값이므로 마진을 확보합니다. 많은 팀이 한도보다 3~6 dB 낮은 값을 목표로 합니다.
• 시험 계획서를 씁니다. 잡음이 가장 크고 가장 민감한 기능을 동작시키는 운전 모드, 케이블 길이와 배치, 보조 기기, 내성 시험별 합격·불합격 정의를 담습니다.
• 공인 시험소(ISO/IEC 17025)에서 시험하고, 시험한 하드웨어·펌웨어 버전을 정확히 성적서와 함께 보관합니다.
• 시장별 적합성 절차를 마치고, 설계가 바뀌어도 유효하게 유지합니다.

복사 방출 한도는 정해진 측정 거리, 보통 3 m 또는 10 m에 묶여 있습니다. 프리컴플라이언스는 더 가까이서 측정하는 경우가 많고, 20·log(d) 규칙으로 환산하는 것은 근사일 뿐입니다. 언제 틀리는지는 3 m→10 m 한도 환산 글에서 설명합니다. 작은 마진이 정말 합격인지 판단할 때는 한도 마진·불확도 판정 계산기가 도움이 됩니다.

흔한 오해

• "방출에 합격하면 EMC 적합이다." 내성은 별도의 시험이며, ESD와 고속 과도 시험은 방출 시험에서는 절대 드러나지 않는 펌웨어 멈춤을 자주 찾아냅니다.
• "EMC는 마지막에 시험하는 것이다." 그때는 PCB와 외함이 확정되어 있어서 대책이 페라이트, 개스킷, 차폐 캔이 되고, 모든 제품에 비용이 더해집니다.
• "접지는 그냥 접지다." 고주파에서 접지선은 인덕터입니다. 흔히 쓰는 경험칙인 mm당 약 1 nH를 적용하면 10 cm 선은 약 100 nH이고, 100 MHz에서 약 63 Ω입니다.
• "금속 외함이면 다 해결된다." 필터 없이 벽을 관통하는 케이블은 잡음을 그대로 밖으로 내보내고, 긴 이음새나 슬롯은 뚫린 구멍만큼 샐 수 있습니다.
• "프리스캔에서 1 dB 차로 합격했으니 괜찮다." 복사 방출 결과는 셋업과 시험소에 따라 보통 몇 dB씩 다르고 양산품도 편차가 있습니다. 작은 마진은 합격이 아니라 위험입니다.
• "좋은 시료 하나면 적합성이 증명된다." 적합성은 시장에 출시되는 모든 제품에 적용되므로, 부품 대체, PCB 개정, 클럭이나 스위칭 동작을 바꾸는 펌웨어 변경도 검토가 필요합니다.