전자파 적합성(EMC): 전자파간섭(EMI)을 줄이기 위한 가이드라인 (2/2)

출처: https://www.keysight.com/kr/ko/industries/automotive-energy/autonomous-driving.html

전자파간섭(EMI)을 줄이기 위한 규제 현황

일반적으로 EV(전기 자동차)는 단시간 노출 시 인체 건강에 영향을 미치지 않은 비이온 전자파 방사선을 만들기 때문에 큰 문제가 되지는 않습니다. 하지만 방사 자기장이 표준한계 이상일 때 장시간 노출되면 인간의 건강에 영향을 미치기 시작합니다. 그렇기 때문에 EV를 설계할 때는 전자파 노출에 따른 위험을 반드시 고려해야 합니다. 보통 승객이 전자파에 노출되는 경로는 '전륜/후륜 구동과 같은 EV의 전력 level 및 topologies, 배터리 배치, 승객과 전원장비 사이의 거리 등'에 의해 영향을 받게 됩니다.

 

세계보건기구(WHO)와 국제 비이온방사선 보호 위원호(ICNIRP), EU지침, IEEE는 전자기장 피폭으로 인해 발생 가능한 폐해를 고려하여 '공공에 대한 최대 허용가능 자기장 피폭에 대한 제한'을 명시하고 있습니다.

 

다음은 '공공에서 최대 허용가능한 자기장 제한 범위'를 나타낸 표입니다.

주파수(Hz)	Magnetic fields H(AM-1)	Magnetic flux density B(T)
< 0.153Hz	9.39 × 104	118 × 10-3
0.153 ~ 20Hz	1.44 × 104/f	18.1 × 10-3/f
20 ~ 759Hz	719	0.904 × 10-3
759 ~ 3KHz	5.47 × 105/f	687 × 10-3/f

 

다음은 'IEEE 표준에 따른 일반 대중에게 허용되는 최대 자기장 수준'을 나타낸 표입니다. 여기서 General public이란 전자기장에 노출되는 직업 이외의 나머지 사람들을 의미하고, Occupational이란 정규적인 직업활동을 하면서 전자기장에 노출된 사람들을 의미합니다. Orientation value는 전자기장의 강도에 해당하고, Action value는 직접 측정할 수 있는 최대 필드에 해당합니다.

	Magnetic flux density B (T, RMS)
	ICNIRP reference levels		Proposed EU occupational requirements
주파수 범위	General public	Occupational	Orientation value	Action value
DC	-	-	2	8
0-1Hz	-	-	2-1.8f	5.67-5f
1-8Hz	0.04/f2	0.2/f2	20/f2	66.6/f
8-25Hz	0.005/f	0.025/f	250/f	66.6/f
25-300Hz	0.0002	0.001	0.001	66.6/f
300-400Hz	0.0002	0.3/f	30/f	66.6/f
0.4-3kHz	0.008/f	0.3/f	30/f	66.6/f
3-9kHz	27×10-6	0.0001	0.0001	222
9-20kHz	27×10-6	0.0001	0.0001	2/f
20-100kHz	27×10-6	0.0001	2/f	2/f
0.1-10MHz	27×10-6	0.0001	-	-

다음과 같이 그래프로 비교해보면, 기본적으로 Action value는 Orientation value보다 높으며, General public 노출보다 Occupational 노출 값이 높은 것을 확인할 수 있습니다.

전자파적합성(EMC) 테스트

전자파적합성(EMC) 테스트는 EV의 표준 준수 여부를 점검하는 것이 목적입니다. 전자파 적합성을 평가하는 방법에는 실험실 테스트와 도로 테스트로 구성되어 있으며, 방출/민감성/내성 테스트로 구분되어 진행됩니다.

▲ 실험실 테스트(Laboratory test)는 전자파적합성 실험실의 모든 전기장비에서 발생하는 자기장 방출과 민감성을 식별하기 위해 수행됩니다. 이러한 실험실 방의 유형에는 무반사/무반향(anechoic)과 잔향/반향(reverberation) 타입이 있습니다.

▲ 전도된 방출 실험을 위해, 변환기는 LISN(Line Impedance Stabilization Network) 또는 AMN(Artificial Mains Network)를 사용합니다. 방사 방출 테스트(radiated emission testing)의 경우 안테나를 변환기로 사용하며, 복사 방출은 테스트 대상 장치 주변의 모든 방향으로 측정됩니다.

▲ 민감성 테스트(Susceptibility testing)는 RF 전자파 에너지의 고출력 공급원과 복사 안테나를 사용하여 전자기 에너지를 테스트 대상 장치로 유도합니다. 테스트 대상 장치를 제외한 EV에서 테스트를 수행하는 동안 모든 장치가 꺼지고 자기장이 측정되는 방식으로 진행됩니다.

▲ 실외 테스트(Outside test)는 도로주행조건에서 실시됩니다. 이러한 테스트에서 테스트 대상 차량은 트랙션 및 회생제동(regenerative braking) 중에 최대 전류를 보장하기 위해 최대 가속/감속으로 주행해야 합니다. 이 테스트는 지구로 인한 자기장이 일정한 직선 도로와 경우에 따라서는 가파른 경사도로에서 수행됩니다. 도로주행 테스트를 수행하는 동안 철도선, 맨홀커버, 다른 자동차, 배전장비, 고전압 송전선 및 전력 변압기와 같은 외부소스에서 발생하는 외부 자기적 교란(perturbation)을 식별해야 합니다.

 

전자파적합성(EMC)를 개선하고 전자파간섭(EMI)를 줄이기 위한 설계 가이드라인

• 고전류를 전달하는 DC 케이블은 이 케이블 흐름의 반대방향으로 흐르는 전류가 EMF 방출을 최소화하도록 ‘꼬인 형태’로 제작되어야 한다.
• 3상 AC 케이블은 비틀어야 하며, EMF 방출을 최소화하기 위해 가능한 가깝게 배치해야 한다.
• 모든 전원 케이블은 조수석 시트 영역에서 최대한 멀리 배치해야 한다. 이러한 연결을 루프를 형성해서는 안된다.
• 조수석과 케이블 사이의 거리가 200mm 미만인 경우 차폐를 채택해야 한다.
• 모터는 조수석 시트 영역에서 더 멀리 떨어져 있어야 하며 모터의 회전축은 조수석 시트영역을 가리키지 않아야 한다.
• 강철은 차폐가 좋아 중량이 허용될 경우 모터에 강철 금속 하우징을 사용해야 한다.
• 모터와 조수석 영역 사이의 거리가 500mm미만인 경우 모터와 조수석 영역 사이에 강철판과 같은 차폐물을 사용해야 한다.
• 모터 하우징은 전위를 최소화하기 위해 섀시에 적절히 접지되어야 한다.
• 인버터와 모터 사이의 케이블 길이를 최소화하기 위해 가능한 서로 가깝게 장착해야 한다.
• 서지 전압, 샤프트 전류 및 복사 소음을 줄이려면 EMI 노이즈 컨트롤러를 모터 단자에 부착해야 한다.
• 저전압 배터리를 충전하고 EMI를 줄이기 위해 DC-DC 컨버터의 디지털 컨트롤러에 디지털 활성 EMI 필터를 통합해야 한다.
• 무선충전 중 EMI를 억제하기 위해 공명 반응성 실드가 개발되었다. 여기서 누출 자기장은 각 실드 코일에서 유도된 EMF가 유도 EMF를 취소하고 자기장 누출이 추가 전력 소비없이 효과적으로 줄어드는 방법으로 공명 반응성 실드 코일을 통과한다.
• 전도성 차폐, 자기 차폐, 능동 차폐 기술은 WPT 시스템의 전자기장 방출을 차단하기 위해 개발되었다.
• EMI 소음 컨트롤러는 서지 전압, 축전류, 복사소음을 줄이기위해 모터단자에 부착되도록 개발되었다.

 

Author 박해리

 

출처 https://circuitdigest.com/article/electromagnetic-compatibility-in-electric-vehicles