최근 전기차·자율주행차에 필수적인 고전력·고주파 전력전자 부품과 복잡한 전장 네트워크는 EMC(전자파 적합성)와 EMI(전자파 장애) 문제가 더욱 중요해졌습니다. 전장 부품에서 발생하는 EMI를 줄이기 위해서는 필터 설계, 차폐, 접지, 연성 배선, PCB 레이아웃 최적화가 필요하며, 시스템 전반의 immunity(내성)를 강화하려면 하우징 접지, 공진 회로 제거, 원격 감시 및 펄스 폭 제어 등 다양한 기법을 통합해야 합니다. EMC 측정 시 CISPR 25, ISO 11452, ISO 10605 시험 규격을 준수하며, EMI 저감 효과를 검증하기 위해 방사·전도 테스트를 수행합니다. 본문에서는 EMC/EMI 발생 원인, 부품·시스템 레벨 저감 기술, 설계 절차와 시뮬레이션, 시험 방법, 실제 전기차 사례(인버터, DC/DC 컨버터, 전장 네트워크), 부품 선정 및 표준 준수 전략을 다룹니다.
EMC·EMI 설계 필요성 및 시험 규격
전기차와 자율주행차는 인버터, 모터 드라이브, DC/DC 컨버터 등 고전력 전장 부품에서 강력한 전자기 방사(EMI)가 발생하며, 이로 인해 센서 오류, 통신 장애, 전자제어기(ECU)의 오작동이 우려됩니다. 반대로 외부 노이즈가 차량 내부로 침투하면 시스템 내성(Immunity)을 넘어 기능 장애를 일으킬 수 있습니다. 따라서 설계 초기 단계부터 EMC/EMI 요구사항을 반영하지 않으면, 양산 후 인증 시험에서 불합격하거나 유지보수 비용이 급증할 수 있습니다.
EMC/EMI 시험은 CISPR 25(전도·방사), ISO 11452(차량 부품 내성), ISO 10605(ESD), ISO 7637(트랜션트) 등 다양한 규격으로 구성됩니다. CISPR 25는 150kHz~2.5GHz 대역 방사·전도 EMI 측정을, ISO 11452는 차량 부품의 방사 노이즈 내성과 전도 내성을 평가합니다. 또한 ESD(ISO 10605) 시험은 정전기 방전에 의한 부품 파손・오작동을 방지하기 위한 절차이며, ISO 7637은 차량 등 지속 전압의 급변에 따른 트랜션트 내성을 검증합니다.
이처럼 EMC/EMI 설계는 단순한 부품 차원의 문제가 아니라, 전장 시스템 전체의 신뢰성과 성능을 보장하는 필수 절차입니다. 서론에서는 EMC/EMI 발생 원인, 시험 규격과 요구사항, 설계 영향도를 정리했으며, 이후 본문에서는 구체적인 설계 기법과 시뮬레이션, 시험 방법을 상세히 다룹니다.
부품 레벨 저감 기법 및 PCB 설계
EMI 발생 원인은 전력전자 스위칭 동작에서 발생하는 빠른 전압・전류 변동과 공진, 케이블 방사, PCB 상의 루프 면적 등입니다. 이를 저감하기 위한 대표 기법은 다음과 같습니다.
1. 필터 설계
- LC 필터: 입력단과 출력단에 LC 필터를 배치하여 고주파 노이즈를 차단
- Common Mode Choke: 전원선 간 공통 모드 노이즈 감쇄
- Y, X 커패시터: 선간·선대지 커패시터로 노이즈 경로 제공 및 접지 유도선 최소화
2. PCB 레이아웃 최적화
- 루프 면적 최소화: 전원 및 그라운드 트레이스 간 최소 루프 면적으로 설계
- 그라운드 플레인: 연속적 그라운드 플레인 적용으로 임피던스 저감
- 분리형 그라운드: 디지털/아날로그 회로 분리된 그라운드 설계로 교차 간섭 억제
3. 케이블 및 커넥터
- 연성 차폐 케이블: 외부 차폐 층으로 방사 노이즈 억제
- EMI 글랜드 및 브레이드 쉘: 케이블 진입 포인트에서 EMI 유출 방지
- 커넥터 차폐: 금속 쉘 및 접지 핀 최적 배치
4. 하우징 및 차폐
- 금속 하우징: 주요 전력전자 모듈을 금속 케이스에 봉합해 방사 억제
- EMI 차폐 페인트/필름: 플라스틱 하우징 내부에 도전성 코팅
- 방사 흡수 재료(RAM): 내부 반사파 흡수 및 감쇄
이 외에도 전력 반도체 패키지 선택, 스위칭 속도 최적화, 펄스 폭 제어(PWM shaping) 기법이 EMI 특성에 큰 영향을 줍니다. 본론에서는 실제 설계 사례와 Uções simulation을 통해 EMI 스펙트럼 저감 효과를 확인하는 방법을 제시합니다.
시스템 레벨 대응 및 미래 과제
시스템 레벨에서는 부품 레벨 기법을 통합하고, 차량 전체 전장 네트워크에 EMC/EMI 요구사항을 반영해야 합니다.
1. 접지 전략
- 스타 접지: 중앙 그라운드 포인트를 통해 그라운드 루프 방지
- 섀시 접지: 차량 섀시에 접지 포인트를 분산 배치해 EMI 경로 완화
2. 차체 통합 차폐
- 바디-in-화이트(BIW): 차체를 EMI 차폐 셸로 활용
- 유리 도금: 유리 표면 도금으로 고주파 노이즈 차단
3. 시뮬레이션 및 가상 검증
- EMC 시뮬레이션(3D EM Field Solvers): 시스템 레벨 방사 및 전도 특성 예측
- HIL, SIL 연동: 실제 ECU 및 가상 네트워크 환경에서 EMI 내성 검증
4. 미래 과제
- 5G/6G 무선 통신 혼재 환경에서 EMI 내성 강화
- 전력반도체 GaN/SiC 고주파 스위칭 시 EMI 특성 최적화
- 자율주행 센서(라이다, 레이더) 보호를 위한 특수 차폐 설계
- 가상 인증 및 디지털 트윈 기반 EMC 인증 프로세스 도입
차량 전장 EMC·EMI 설계는 하드웨어·소프트웨어·시스템 관점의 통합 대응이 필수이며, 전장 구조 혁신과 시뮬레이션 기술 발전, 국제 표준 선도 및 산업협력 강화를 통해 미래 모빌리티의 신뢰성 기반을 확립해야 합니다.