스마트 전원장치는 대부분의 차량 내 중요한 작업을 담당하며 퓨즈, 릴레이, 스위치와 같은 기존 구성요소를 점진적으로 대체하고 있다. 전자 퓨즈는 스마트 전원장치의 대표적 유형으로, 높은 동작 온도와 기계적 스트레스와 같은 가혹한 환경 조건에서도 뛰어난 신뢰성을 자랑한다. 전자 퓨즈는 과전류 보호 기능을 제공하고 전기 회로의 안전한 작동을 보장하는 현대 차량의 핵심 구성 요소이다. 특히 5등급 사양에서는 이런 장치가 차량 내 다른 구성요소 및 장비와 간섭을 일으키지 않도록 CISPR 25 표준을 반드시 준수해야 한다.

글 | 주시 감비노(Giusy Gambino)
세바스티아노 그라소(Sebastiano Grasso) 애플리케이션 매니저 
필리포 스크리미찌(Filippo Scrimizzi) 애플리케이션 디렉터, ST마이크로일렉트로닉스







통합 스마트 전원장치는 전원 관리와 고급 진단 및 보호 기능을 결합할 수 있어 자동차 시스템에서 점점 더 중요해지고 있다. 이런 기능은 고장 발생 시 연결된 제어장치가 신속하고 효과적으로 반응해 차량과 탑승자를 모두 보호하도록 한다. 스마트 전원장치는 대부분의 차량 내 중요한 작업을 담당하며 퓨즈, 릴레이, 스위치와 같은 기존 구성요소를 점진적으로 대체하고 있다.

전자 퓨즈는 스마트 전원장치의 대표적 유형으로, 높은 동작 온도와 기계적 스트레스와 같은 가혹한 환경 조건에서도 뛰어난 신뢰성을 자랑한다. 또 정상 기능에 영향을 줄 수 있는 다양한 형태의 전자기 간섭(Electromagnetic Interference: EMI)을 견뎌내야 한다. 이는 위험한 상황을 피하고 기능적 안전을 보장하기 위해 정밀한 작동이 필수인 에어백 제어 모듈이나 ABS(Anti-lock Braking Systems)와 같이 안전이 중요한 애플리케이션에서 특히 중요하다.


EMI 테스트 절차   

전자제품의 올바른 작동을 보장하려면 주변 장비에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 전자기 방출 여부에 대한 테스트를 거쳐야 한다. 이런 방출은 다음과 같이 크게 두 가지 범주로 나뉜다.

- 전원 또는 데이터/제어 케이블을 통해 이동하는 전도 노이즈
- 자유 공간을 통해 전파되는 방사 노이즈

CISPR 25는 차량과 선박에 탑재된 수신기를 이러한 방출로부터 보호하기 위해 개발된 표준이다. CISPR 25에는 탑재 장비에 대한 제한 사항과 측정 방법을 모두 설명돼 있다. 
전도성 방출 제한은 일반적으로 150kHz ~ 200MHz의 주파수 범위를 포함하지만, 이 범위는 9kHz까지 확장될 수 있다. 이런 제한은 평균(average), 준피크(quasi-peak) 값 및 피크(peak) 값으로 정의된다.

피크 검출은 방출된 신호에서 각 고조파의 피크 값을 유지하며, 최악의 시나리오를 보여준다. 평균 검출은 해당 기간에 각 신호 구성 요소의 평균 진폭을 제공한다. 준피크 검출은 반복 속도에 따라 각 구성요소에 가중치를 부여하며, 반복 속도가 빠를수록 구성 요소에 더 높은 가중치가 부여된다.



그림 1 | 평균, 피크 및 준피크 검출(감지)기의 출력 응답



2개의 유사한 펄스형 신호에 대한 3개 검출기의 출력 응답을 그림 1에서 볼 수 있으며, 맨 위 검출(감지)기의 반복률이 더 높다.
이 그림은 이벤트가 더 자주 발생할 때 준피크 검출기의 전압 레벨이 더 높다는 점을 보여준다.




그림 2 | CISPR 25 제한 준수를 위한 가이드라인



EUT(Equipment Under Test)가 지정된 CISPR 25 제한을 준수하는지 확인하려면 다음 가이드라인을 따라야 한다(그림 2).
모든 경우 EUT는 평균 한도를 준수해야 한다. 피크 및 준피크 제한이 모두 정의된 주파수의 경우 EUT는 테스트 계획에 지정된 대로 피크 또는 준피크 제한 중 하나를 준수해야 한다. 피크 제한만 정의된 주파수의 경우 EUT는 피크 제한을 준수해야 한다.










CISPR 25의 경우 방출 제한은 1등급, 2등급, 3등급, 4등급, 5등급 제품으로 나뉘며 피크, 준피크 및 평균 검출 방법을 사용하여 노이즈를 측정하는 방법을 지정한다(표 1 및 2).

여기에서 나온 용어의 의미는 다음과 같다.

- LW: 장파(Long Waves)
- MW: 중파(Medium Waves)
- SW: 단파(Short Waves)
- TV 대역 I: TV 방송용 대역 1
- CB: 시민 대역(Citizens Band)
- VHF: 초고주파(Very High Frequencies)

테스트 절차를 통해 피크 및 평균 측정값이 모두 5등급 표준을 준수하는지 확인한다. 측정이 실패하는 경우 EUT는 더 낮은 등급으로 평가된다.





그림 3 | 전압 방법 전도성 EME의 측정 설정



전도성 전자기 방출        

전도성 전자기 방출(Conducted Electro-Magnetic Emission: EME)는 하네스를 통해 다른 구성 요소/시스템 또는 전력망으로 전파되는 EUT에서 생성되는 노이즈 전류다. 이 노이즈 전류는 전압 방법 또는 전류 방법을 사용하여 측정할 수 있다.
전압 방법은 그림 3에 표시된 측정 설정을 통해 수행된다.
여기서 의미하는 바는 다음과 같다.

- LISN: 전원선 임피던스 안정화 회로망(Line Impedance Stabilization Network)



실험 결과    

실험 데이터는 SPI(Serial Peripheral Interface)를 통해 완벽하게 프로그래밍이 가능한 4채널 모놀리식 전자 퓨즈인 STi2Fuse 제품 VNF9Q20F를 대상으로 수집됐다. 이 디바이스에는 하네스 보호를 위한 독보적인 i2t 기능을 비롯해 정교한 디지털 보호 및 진단 메커니즘이 내장돼 있다.
실험 데이터는 다음과 같은 테스트 조건으로 수행됐다.

- VBAT = 13V
- TAMB = 실내 온도
- 모든 채널은 페일 세이프 모드(fail safe mode)로 오프
- 채널 2는 DC(5 V) 및 PWM(100 Hz, 50% 듀티 사이클)으로 직접 입력하여 27 W + 5 W 전구 구동




그림 4 |    페일 세이프 모드에서 CISPR25 기준으로 피크 검출(좌측)과 평균 검출(우측)을 비교한 결과




모든 채널이 페일 세이프 모드 상태에서 오프된 경우 피크 및 평균 방법에 대한 노이즈 검출기 측정값은 그림 4에서 볼 수 있으며, CISPR 25의 5등급에 해당하는 제한과 비교 분석됐다.





그림 5 |    채널 2가 켜진 상태에서 CISPR25기준으로 피크 검출(좌측)과 평균 검출(우측)을 비교한 결과




채널 2가 켜져 있고 5V 직류 전원과 100Hz 주파수, 듀티 사이클 50%의 PWM 신호를 통한 직접 입력으로 구동 될 때 피크 및 평균 방법에 대한 노이즈 검출기 측정값은 그림 5에서 볼 수 있으며 CISPR 25의 5등급에 해당하는 제한과 비교 분석됐다.
전자 퓨즈 VNF9Q20F는 5등급의 피크 및 평균 제한 모두에 대해 CISPR 25에서 규정하는 모든 제한을 통과할 수 있다. 


결론      

전자 퓨즈 STi2Fuse의 EMI 동작을 조사한 결과, 5등급 사양에 따른 CISPR 25 표준을 준수한다는 점이 입증됐다.
STi2Fuse 제품은 과전류 보호 기능을 제공하고 전기 회로의 안전한 작동을 보장하는 현대 차량의 핵심 구성 요소이다. 특히 5등급 사양에서는 이런 장치가 차량 내 다른 구성 요소 및 장비와 간섭을 일으키지 않도록 CISPR 25 표준을 반드시 준수해야 한다.