전기차 등 미래차에서의 전장품 탑재 증가로 고집적화 되고 있는 추세에 노이즈 이슈도 함께 증가하고 있다. 이에 선제적인 EMI/EMC 대응과 대책 설계가 제품 개발 프로세스에 큰 이점을 제공할 것으로 기대되는 가운데 e4ds Analog Day 세미나에서 이와 관련된 EMI/EMC 인사이트들이 공유됐다.
 
2023 e4ds Analog Day가 서울 서초구 한국컨퍼런스센터에서 지난 28일 개최했다.
 
e4ds news가 주관한 이번 세미나는 ‘미래차 전장품 EMX(Electromagnetic Everything) 대응’을 주제로 EMI/EMC 대책 설계 기술에 대한 발표들이 이어졌다.
 
오토모티브 및 전장품 관련 PCB 및 제품 등 하드웨어 분야 설계자들이 다수 참여한 이번 행사는 반도체와 전장품이 고집적화되고 있는 미래 자동차를 대비해 EMI/EMC 이슈와 설계 이론, 대책 사례 등을 공유하는 자리를 가졌다.
 
오전 세션으로 김종훈 박사(EMC닥터스 대표, 한국전자파학회 EMC기술연구회 위원장)가 미래차 전장품 EMC 대책 설계 기술 세션을 진행했다. 미래차 전장품 설계 및 개발 엔지니어를 위해 설계 초기 단계부터 적용할 수 있는 EMC 대책 설계 기술을 소개했다.  
자동차에서의 전장 시스템 비중이 점점 증가하는 상황에서 시스템의 동작 속도 증가와 고집적화 추세가 심화하고 있다. 이에 김종훈 박사는 설계 초기 단계부터 EMI/EMC를 고려한 자동차 전장부품 설계 프로세스를 특히 강조했다.
 
이외에도 EMC 대책 설계에서의 △RE 발생 원리 및 축소 기술의 핵심 관리 변수 △EMI 축소 설계 기술 등을 설명하고, EMC 디자인 샘플과 자동차 전장 시스템의 설계 및 개발 프로세스를 공유했다.
 
오후 진행되는 3개 세션으로는 △윤익재 충남대 교수가 차량 구동계(모터) 노이즈 해석 기법 △이준상 박사(알테어 수석연구원)의 차량용 무선통신/임베디드 시스템의 고주파 노이즈 관리 및 EMC 디버깅 기술 원리 및 사례 중심을 △김진국 UNIST 교수가 전도성 EMI 저감을 위한 능동EMI 필터 설계 기술을 발표했다.
 
윤익재 교수는 전기차 모터에서 EMC-aware 디자인을 해야 되는 이유와 디자인 방법론, RE/CE 예측과 예방설계에 대한 내용을 공유했다. 윤 교수는 “안테나는 와이어리스 시스템에서 핵심 부품이 될 것”이라며 안테나에서의 원치 않는 에너지 전달을 막기 위한 EMC-aware 디자인을 중점적으로 다뤘다. 이에 △시뮬레이션 기반 모터 방사 방출 특성 예측 및 저감설계 △차량 노이즈 전달 경로 분석 기법 등의 인사이트가 공유됐다.
 
윤 교수는 모터 고주파 모델링을 통해 방사 방출을 예측하는 방법과 효과 및 개선점에 대해 설명했으며, “전장품이 집적된 차량에서 모든 노이즈를 예측하긴 어려우며, 그럼에도 노이즈의 발생 위치와 전달경로를 알아야지 차세대 모델에서 개선할 수 있는 데이터베이스를 쌓을 수 있다”고 덧붙였다.
 
이준상 박사는 자동차에서의 무선통신 시스템 탑재가 증가하고 있는 부분을 언급했는데 △LF, UHF △Wi-Fi 802.11p △NFC △4G LTE, 5G 등 셀룰러 등이 △리모트 키 △인프라 및 V2V △무선통신 디바이스 △기지국 등 무선통신이 자동차 기능에 접목되는 사례가 두드러지고 있는 추세를 보여줬다.  
이 박사는 EMI 저감 기술로 △임피던스 매칭 △PDN low resonance △디퍼런셜 시그널 디자인 △그라운드에서의 멀티 컨덕터 시스템 △기술적 차폐와 그라운딩 등의 다양한 케이스 스터디를 제시했다.
 
김진국 교수는 발표에서 “고전력 전류로 충방전을 해야 되는 시스템이나 산업용 에어컨과 같은 전력량이 큰 제품 등 계통과 연결되는 전력선을 통해 방사되는 전도성 EMI 노이즈를 저감해야 한다는 니즈가 있다”며 이에 EMI 무대책은 규격을 초과할뿐더러 수동 필터를 통한 억제도 많은 챌린지에 당면할 수밖에 없다고 덧붙였다.
 
기존 수동 EMI 필터는 전력이 커질수록 단면적 와이어가 이에 비례해 커져야 하기에 초크의 크기가 비효율적으로 커지는 문제가 있다. 또한 크기가 큰 초크는 자기 포화도 쉽게 일어나고 발열문제에도 취약하다. 이를 해결하는 소재적인 솔루션은 희토류가 첨가된 초크인데 이는 단가 증가로 이어져 트레이드 오프 관계인 솔루션에 불과하다.
 
김 교수는 “전력전자 소자들이 엄청나게 발전하며 SiC, GaN 기반 첨단 컨버터의 면적은 굉장히 작아지는 반면 설계 시 EMI 필터는 간과하는 경향이 있다”며 이에 현재는 능동형 EMI 필터가 △낮은 단가 △경량 △저발열 등의 장점으로 주목받고 있다는 상황이라고 전했다.
 
다만 서지(Surge)에서의 소자 내구성 등 신뢰성 문제에서 검증이 되지 않아 현재까지는 상용화가 더딘 상황이다. 최근 대전력화의 추세가 심화되며 능동 EMI 필터에 대한 니즈가 급격히 증가하는 가운데 신뢰성 문제 해결을 위한 연구에 동력을 얻고 있는 것으로 전해지고 있다.