“EMI의 원인을 정확하게 파악하기 위해서는 제품 설계부터 직접 참여해 제품 개발 과정을 정확히 알고 있어야 파악이 가능하다”

김지성 KAIST 조천식모빌리티대학원 교수는 지난 10일 ‘2024 e4ds Analog Day’ 행사에서 ‘전원시스템 EMI 원인 및 대책’이라는 주제로 발표하며, EMC 설계를 위해서 개발 과정에 적극 참여하는 것이 중요하다고 밝혔다.

김지성 교수는 전자 제품의 노이즈는 회로도에 나와 있지 않다며 전류는 도체만 흐르는 것이 아니고 공기를 통해 통해서도 흐른다며 회로도에 나와 있지 않는 경로를 찾는게 가장 중요하다고 언급했다.

EMI 특정은 특히 고주파에서 측정이 어렵고, 장비도 비싸고 좋은 장비를 써야 잡을 수 있는 만큼 PCB 설계 시작부터 노이즈를 염두해 둔 설계를 해야 한다고 말했다.

특히 요즘은 와이드 밴드갭 반도체도 등장하고, 스마트폰 DC 컨버터가 칩안으로 들어가고, 인덕터도 칩안으로 들어가는 등 하나의 칩 안에 다양한 블록들이 들어가고 있어 주파수가 올라가며, 제품의 사이즈는 줄어드는데 노이즈가 증가하고 있다고 말했다.

또한 무선 충전 전기차의 경우 큰 코일이 들어가는데 전자파를 이용해서 충전하기 때문에 전자파가 없을 수 없다며, 인체의 유해성에 대한 검토도 요구되고 있고, 규제도 상당히 오래전부터 실시돼 왔는데 이를 해결하기 쉽지 않다고 언급했다.

더불어 자율주행에는 센서가 많이 들어가 있는데 이 또한 전자파 발생 요인이 될 수도 있다고 말했다.

이에 최근 엔지니어들은 이런 EMI 문제를 해결하려고 노력을 하고 있으나 EMI 문제 발생시 가장 힘들게 하는 요인이 재현이 안되는 것이 문제로 개발 단계에서 걸러내지 못하고 있다고 지적했다.

특히 최근에는 자동차가 전자 제품화 되는 경향이 많아지면서 스위치를 누르면 통신을 해서 네트워크로 명령을 하는데, 자동차 안에는 디지털 신호가 복잡하게 얽히고, 자동차 안에 네비게이션 및 멀티미디어 등이 네트워크 싸움이 이뤄지고, 케이블이 연결되면 시스템의 노이즈가 케이블을 타고 나오며, 자동차 안의 전력변환기, 모터 및 케이블, 무선 충전 등에서 영향을 받고 있다고 밝혔다.

이런 경우는 대부분 전력회로 최적화, 차폐 및 접지, 필터링, PCB 레이아웃 개선, 케이블 접집 및 라우팅 등의 EMI 대책 설계를 진행하지만 소스는 대부분 PCB로 근본적으로 EMI를 차단하기 위해서는 PCB 설계단부터 EMI를 고려할 수 밖에 없다고 말했다.

고속 스위칭과 관련해서는 기본적인 DC 컨버터는 전압을 바꾸기 위해 스위칭 동작이 필요하며 스위칭 주파수가 높아지면 EMI가 많이 생기고, 스위칭 주파수를 낮추면 효율이 낮아진다며, 이를 하기 위해 스위치 위치 변경 및 인덕터 대신 트랜스포머를 쓰는 등 EMI를 낮추기 위한 방법에 대해서도 소개했다.

하모닉 노이즈와 관련해서는 일부 반도체 제품에 스위칭 주파수를 변동시키는 칩이 들어가 있으나 칩을 안쓰고 하모닉 노이즈를 줄이기 위해서는 PCB 설계를 잘 하는 방법 밖에 없다고 말했다.

회로도에 관계없이 노이즈가 나오는 경우는 패키지가 기생성분을 가지고 있는 경우가 많다며 입력 쪽에 EMI 필터 사용가 반드시 필요하다고 밝혔다.

이외에도 다양한 EMC 설계에 대해 소개 했다.

김지성 교수는 “설계를 직접 해보지 않으면 EMI에 대해 잘 알 수 없다”며 “최근 제품 개발이 세분화 전체 제품 개발 과정을 알 수 없는 경우가 많은데, 이 경우 예측이 불가능한 경우가 많은 만큼 EMI를 연구하는 개발자라면 제품 전체 개발 과정에 대해 지식을 가지고 있어야 한다”고 조언했다.