창고 자동화의 EMC 컴플라이언스: 출하 전 반드시 해야 할 가장 흔한 수정 사항

"세 번째로 시험소에 들어간 시제품. 같은 페이지, 같은 빨간 표시."

이것은 2024년 봄, AGV용 충전 파일(충전 기둥)을 만드는 포산(佛山)의 고객에게서 받은 전화였습니다. 그들의 충전기는 미국 고객의 창고에서 반년 넘게 한 번의 문제도 없이 가동되고 있었습니다. 하지만 유럽 진출에는 CE 마크가 필요했고, 그 CE 마크가 EMC에서 막혀 있었습니다——30 MHz 부근의 복사 방출이 몇 dB 초과였던 것입니다. 시험소의 권고는 전원 모듈 교체. 자릿수가 여섯 자리인 인민폐 청구서와 최소 2개월의 금형·재검증 기간이 드는 내용이었습니다. 고객은 "금형은 건드리지 않고 고칠 방법이 없겠느냐"고 물었습니다.

저는 재설계를 보류하라고 했습니다. 스펙트럼 분석기를 빌려 그의 공장에서 이틀을 보냈습니다. 원인은 민망할 정도로 단순했습니다. 제어 보드와 전원 보드가 하나의 접지 동바를 공유하고 있어, 스위칭 노이즈가 접지를 타고 신호 경로로 바로 흘러들어가고 있었습니다. 캐비닛 안에 접지 바를 별도로 추가하고, 전원 그라운드와 신호 그라운드를 분리한 뒤, 전원 입력부에 라인 필터를 달았습니다. 총 수정 비용은 1000위안 미만. 재시험은 한 번에 통과했습니다.

그 이후로 저는 모두에게 똑같이 말합니다. 창고 자동화 장비가 해외로 가는 길에 EMC에서 떨어지는 경우는 설계 능력의 문제가 아닙니다. 대부분은 초기에 아무도 진지하게 다루지 않았을 뿐입니다. UL은 안전에 관한 것입니다——불이 나지 않게, 감전되지 않게. EMC는 완전히 다른 약속입니다. 여러분의 장비가 내뿜는 전자파 노이즈가 다른 사람에게 간섭을 주지 않아야 한다는 것. 미국 진출에는 FCC Part 15, 유럽 진출에는 CE 체계 아래의 EMC 지침, 그리고 그 뒤의 EN 61000 시리즈 규격이 있습니다. 시험 항목은 양쪽이 비슷해 보이지만 한도와 방법이 다릅니다——미국 시험 성적서를 흔들며 유럽 시험소에 들어가는 일은 절대 하지 마십시오.

시험소가 가장 좋아하는 세 가지 탈락 항목

고객들과의 시험소 세션을 수년간 거치며, 상위 세 가지 탈락 항목은 변하지 않습니다. 전도 방출, 복사 방출, 그리고 정전기 방전입니다.

전도 방출은 여러분의 장비가 전원 코드를 통해 전력망으로 밀어 넣는 노이즈를 측정합니다. 창고 자동화에서는 VFD와 스위칭 전원——AGV 충전 파일, 컨베이어 모터——이 단골 용의자입니다. 전력 레벨이 올라가면 노이즈는 전원 라인을 타고 빠져나갑니다. 수정은 단순합니다. 전원 입력부에 라인 필터를 추가하고, 전원 그라운드와 신호 그라운드를 분리하며, 필터의 접지 리드를 짧고 굵게 유지하는 것. 접지 리드가 길면 필터는 장식품이 됩니다——많은 사람이 뼈아프게 배웠습니다.

복사 방출은 여러분의 장비가 공기 중으로 내보내는 것을 측정합니다. 이게 떨어지면 열에 아홉은 배선 문제입니다. 모터 케이블이나 엔코더 케이블에 차폐가 없거나, 차폐의 360도 전둘레 종단이 제대로 안 되어 있는 것. 더 교묘한 함정은 캐비닛 도어입니다. 많은 시제품은 도어가 도장되어 있고, 그 도료가 도어와 프레임 사이에 절연체처럼 끼어 있습니다. 금속처럼 보여도 전기적으로 연속되지 않으니, 복사는 도어 틈새로 바로 새어 나갑니다. 수정은 로우테크지만 효과적입니다. 경첩에 본딩 스트랩을 달거나, 도료를 일부 벗겨내 접지 러그를 장착하는 것.

정전기 방전은 사람이 만졌을 때 여러분의 장비가 죽는지를 시험합니다. 창고 바닥은 겨울에 건조해지고, 합성 섬유 작업복을 입은 작업자가 터치스크린에 손을 뻗으면 수천 볼트가 그대로 들어옵니다. 노출된 부분——AGV의 라이다, 비상 정지 버튼——이 먼저 맞습니다. 처음부터 설계에 넣으십시오. 모든 금속 인클로저 부품을 접지에 연결하고, 플라스틱 하우징 키 아래에는 스파크 갭을 남기며, 소프트웨어에서는 중요한 인터럽트에 디바운싱과 와치독 리셋을 넣는 것. ESD의 짜증 나는 특징은 무작위성입니다. 열 번 중 아홉 번은 통과, 열 번째에 한 번 리셋, 그래도 성적서는 탈락입니다.

자사 공장에서 직접 고칠 수 있는 것

시험소 시간은 시간당 과금되므로, 자사 공장에서 미리 확인할 수 있는 것은 모두 실제 비용 절감입니다. 제 사전 점검 리스트는 다섯 항목이고, 각각 현금과 창피함으로 대가를 치렀습니다.

먼저 접지를 점검하십시오. 멀티미터를 들고 캐비닛의 모든 금속 표면 사이의 저항을 재십시오. 1옴의 몇 분의 일을 넘는 것은 모두 손봐야 합니다. 도장·아노다이징 처리된 부품은 "변장한 절연체"입니다——금속처럼 보여도 연결되어 있지 않습니다. 가장 흔한 초보 실수입니다.

다음은 전원 필터링을 점검하십시오. 가능한 모든 스위칭 전원과 VFD의 입력부에 라인 필터를 추가하십시오. 정격 전류만 보지 마십시오——삽입 손실 곡선이 자사의 노이즈 대역과 맞아야 합니다. 실제 탈락 곡선에 맞춰 사는 것이 무턱대고 사는 것보다 낫습니다.

다음은 배선을 점검하십시오. 전원 케이블과 신호 케이블은 분리해서 포설하십시오. 어쩔 수 없이 교차해야 하면 90도로 교차하십시오. 차폐의 한쪽 끝·양쪽 끝 접지는 신호 주파수에 따라 다릅니다. 저주파는 한쪽 끝, 고주파는 양쪽 끝. 확신이 없으면? 양쪽 끝을 접지하십시오——대체로 맞는 경우가 더 많습니다.

VFD에서 모터로 가는 케이블이 십여 미터를 넘으면 출력 리액터나 dv/dt 필터를 추가하십시오. 복사를 줄이고 모터 절연을 보호합니다. 많은 컨베이어 제작사는 이걸 모릅니다——2년 후에 절연이 파괴되고, 모두 모터 품질을 탓하지만, 처음부터 범인은 VFD의 전압 스파이크였습니다.

그리고 시제품 단계에서는 필터와 페라이트 코어 자리를 캐비닛 안에 미리 확보해 두십시오. 케이블에 클램프하는 페라이트 코어는 몇 dB를 깎아줍니다——시험소의 가장 흔한 응급 키트입니다. 떨어진 뒤에 둘 곳이 없다는 걸 깨닫지 마십시오. 나중에 구멍을 뚫고 배선을 다시 끌어오면 수정 기간이 두 배가 됩니다.

EMC 시험소 무반향 챔버

사전 테스트: 돈이 실제로 들어가는 곳

정식 시험 전에 사전 스캔을 강력히 권장합니다. 많은 시험소는 시간당·일당 과금의 사전 테스트 서비스를 제공합니다——정확한 금액은 시험소의 최신 요금표를 확인하십시오. 추가 지출처럼 보이지만, 프로젝트에서 가장 싼 돈입니다. 사전 스캔에서 문제를 찾아 자사 공장에서 고치고, 그다음 본시험에 들어가십시오. 준비 없이 들어갔다가 한 번 떨어지면, 재작업과 재시험 비용, 지연까지 합쳐 사전 스캔의 3배가 듭니다.

사전 스캔은 두 대역에 집중하십시오. 150 kHz~30 MHz의 전도 방출, 30 MHz~1 GHz의 복사 방출. 곡선을 공장으로 가져와 그것에 맞춰 고치십시오——명확한 목표, 문제당 하나의 수정. 한 가지 더 경고합니다. 제출하는 단위는 양산 조건이어야 합니다. 케이블 길이, 배선, 접지——모든 것이 출하품과 일치해야 합니다. "특별히 준비한" 시제품이 통과하고, 양산에서 하네스 공급사가 바뀌고, 최종 고객의 간섭 불만이 들어와, 재작업이 인증 비용의 10배가 든 경우를 봤습니다.

FCC와 CE의 실무상 차이 중 알아둘 만한 것을 하나. FCC Part 15에서는 많은 장치가 공급자 적합성 선언(SDoC)을 사용할 수 있습니다——인정 시험소에서의 시험으로 충분하고, 지정 기관이 필요 없습니다. CE의 EMC 지침은 완전한 기술 파일을 요구하고, 지정기관(Notified Body)의 관여는 제품 카테고리에 따라 다릅니다. 서류 작업이 크게 다르니, 시험소 일수만 세지 말고 문서 준비 시간을 계획에 넣으십시오.