전력 전자의 중요 이슈 - EMI -

 

전력 전자의 중요 이슈 중에 하나인 EMI 문제에 대하여 포스팅해 보겠습니다.

 

- EMI 의 예시-

 - EMI의 중요성 -

 

EMI(Electromagnetic Interference)는 전자파 간섭의 약자입니다. 전자기장에 의해 발생하는 간섭으로 전자기기의 정상적인 작동을 방해할 수 있습니다. 이러한 간섭은 전파, 전력선, 전기 장비 등 다양한 출처에서 발생할 수 있습니다.

전자파는 전자 기기에 다양한 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 오디오 또는 비디오 신호의 왜곡이나 노이즈를 유발하거나 데이터 전송을 방해하거나 심지어 장비가 오작동하거나 아예 작동을 멈추게 할 수도 있습니다. 

전자기파는 통신, 항공우주, 의료 장비 등 전자기기의 적절한 작동이 안전과 성능에 중요한 영향을 미치는 많은 산업에서 중요한 고려 사항입니다. 실제로 이러한 EMI에 의한 대형 사고들이 전 세계적으로 자주 발생하고 있습니다.

몇 가지 예를 들면

 

1. 패트리어트 미사일 실패: 1991년 걸프전 당시 사우디아라비아 다란에 있던 패트리어트 미사일 포대가 날아오는 스커드 미사일을 요격하지 못해 28명의 미군이 사망했습니다. 실패의 원인은 나중에 미사일의 유도 시스템이 목표 위치를 잘못 계산한 전자파 문제로 밝혀졌습니다.

2. 테라크-25방 사선 과다 투여: Therac-25는 1980년대에 방사선 치료에 사용되던 의료용 선형 가속기였습니다. 이 장치의 소프트웨어와 하드웨어의 설계 결함으로 인해 여러 환자에게 방사선을 과다 투여하여 심각한 부상과 사망을 초래했습니다. 오작동의 원인은 나중에 전원 공급 장치 결함으로 인한 EMI 문제로 밝혀졌습니다.

3. 도요타 가속 문제: 2000년대 후반, 도요타는 차량의 의도치 않은 가속과 관련된 일련의 사고를 경험했습니다. 조사 결과 이 문제의 원인은 잘못 설계된 전자 부품으로 인한 EMI 문제였으며, 이로 인해 가속 페달이 고착되거나 응답하지 않는 것으로 밝혀졌습니다.

 

이러한 사례는 특히 군사 방어 시스템, 의료 장비, 자동차 전자 장치와 같이 안전이 중요한 시스템에서 EMI 문제의 잠재적 위험성을 강조합니다. 이러한 유형의 시스템에서는 안전과 신뢰성을 보장하기 위해 EMI 위험을 적절히 설계, 테스트 및 완화하는 것이 필수적입니다

 

전력 전자 장치는 높은 전류와 전압으로 인해 EMI의 중요한 원인이 될 수 있습니다. 전력 전자장치의 일반적인 EMI 발생원으로는 스위칭 과도현상, 고주파 고조파, 공통 모드 노이즈 등이 있습니다.

스위칭 과도 전류는 트랜지스터 또는 다이오드와 같은 전력 전자 장치가 빠르게 켜지고 꺼질 때 발생하며 전압 스파이크와 노이즈를 유발합니다. 또한 장치의 빠른 스위칭으로 인해 고주파 고조파가 발생하여 전자기 방사를 유발할 수 있습니다.

공통 모드 노이즈는 전력 전자장치의 또 다른 일반적인 EMI 발생원입니다. 전원 공급 장치와 접지 기준 사이의 전위에 차이가 있을 때 발생하며, 전자 장치의 올바른 작동을 방해할 수 있는 노이즈가 발생합니다. 

 

 - EMI 해결 방법 - 

 

EMI를 해결하는 것은 간섭의 원인과 영향을 받는 전자 장치에 미치는 영향을 신중하게 분석해야 하는 복잡한 과정일 수 있습니다. 다음은 EMI를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 순차적으로 간략하게 정리하자면

 

1. EMI 원인 분석

첫 번째 단계는 EMI의 원인을 파악하는 것입니다. 이는 영향을 받는 장치 주변 지역의 전자기장 수준을 측정하는 EMI 조사를 수행하여 수행할 수 있습니다. 이 조사를 통해 근처의 전력선, 무선 송신기 또는 기타 전기 장비와 같은 잠재적인 간섭원을 식별할 수 있습니다.

2. 차폐 

간섭의 원인이 파악되면 다음 단계는 영향을 받는 장치를 차폐하는 것입니다. 영향을 받는 장치 주변에 금속 또는 전도성 폼과 같은 차폐 재료를 추가하여 전자기장을 차단하거나 흡수할 수 있습니다.

3. 필터 및 보호 부품 설치 

경우에 따라 영향을 받는 장치에 필터나 기타 구성 요소를 추가하면 전자파의 영향을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 필터를 사용하여 간섭을 일으키는 특정 주파수의 전자기파를 차단할 수 있습니다.

4. 접지 

전자기기를 올바르게 접지하면 EMI를 예방하거나 줄일 수 있습니다. 접지는 전류의 안전한 경로를 제공하고 전기 노이즈가 장치의 올바른 작동을 방해하는 것을 방지할 수 있습니다.

5. 재설계

상기의 방법들로도 해결이 안 될 경우 경우에 따라 영향을 받는 장치를 재설계하여 EMI에 덜 취약하게 만들어야 할 수도 있습니다. 여기에는 전자 부품의 레이아웃이나 방향을 변경하거나, 다른 재료 또는 차폐 기술을 사용하거나, 필터 또는 기타 부품을 추가하는 것이 포함될 수 있습니다.

 

 - EMI에 대한 기술 동향 - 

 

세계적으로  EMI 문제를 해결하기 위한 연구는 꾸준히 계속되고 있습니다. 단순히 차폐 재료 및 필터 기술들을 향상하려는 연구뿐 아니라 전자 기기와 시스템이 호환되고 서로 간섭하지 않도록 보장하기 위한 여러 가지 EMC관련 표준과 규정이 마련하고 있습니다. 또한 컴퓨터 모델링과 시물레이션 도구들을 꾸준히 개발하여 다양한 전자기 환경에서 전자 장치 및 시스템의 동작을 분석하고 예측하는 데 사용하고 있습니다. 뿐만 아니라 EMI 테스트 및 측정 및 측정 방법에 대한 연구도 매년 발전하고 있습니다.  

세계 각국에서는 EMI 문제를 해결하기 위한 컨퍼런스도 매년 주최하는 등의 노력등을 하고 있습니다.

아래에는 세계 각국의 컨퍼런스들을 정리해 보았습니다. 

 

1. IEEE 국제 전자파 적합성 심포지엄(EMC):

   이 컨퍼런스는 분야에서 가장 크고 잘 알려진 콘퍼런스 중 하나입니다.

   EMC와 관련된 광범위한 주제를 다루며 학계, 업계 및 정부의 전문가들이 참석합니다. 

3. 유럽 전자파 적합성 컨퍼런스(EMC유럽):

   이론, 설계, 측정, 테스트 등 EMC의 모든 측면에 초점을 맞춘 유럽의 주요 컨퍼런스입니다.

3. 아시아 태평양 전자파 적합성 국제 심포지엄(APEMC):

   이 컨퍼런스는 아시아 태평양 지역의 EMC 문제에 중점을 두고 EMC 규정, EMC 테스트, EMC 설계와 같은 주제를 다룹니다.

4. 호주협회 심포지엄(EMCSA):

   격년으로 개최되는 콘퍼런스로 표준,측정, 테스트 등 EMC의 모든 측면을 다룹니다.

 

EMI를 해결하는 것은 전문 지식과 전문성이 필요한 복잡한 과정일 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 간섭을 해결하기 위한 적절한 조치를 취하기 위해서는 숙련된 EMI 엔지니어 또는 컨설턴트와 상담하는 것이 가장 좋습니다.

 

이상, 전력 전자의 중요 이슈 중에 하나인 EMI 문제에 대하여 포스팅하였습니다.