견인트랙터의 전자파 적합성(EMC) 설계 대책에 대한 연구

시험 구성은 그림5와 같이 엔진 및 각종 제어장치가 탑재된 차량의 캐빈 위치가 노이즈가 가장 많이 방사되는 부분임으로 캐빈의 전방, 좌측, 우측 및 차량의 후방까지 4방향에 안테나를 설치하여 방사되는 노이즈를 측정하였다.

그림 5. | Fig. 5. RE102 시험 구성도 | RE102 Test Configuration

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차량 상태에서 RE102 복사방사 시험을 진행하여 수직 방향(그림6의 붉은색 파형) 및 수평 방향(그림6의 파란색 파형)의 전자파를 측정한 결과, 시험 기준치를 초과함을 볼 수 있었다.

그림 6. | Fig. 6. RE102 시험 결과 | RE102 Test Result

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차량에 시동을 켬으로써 엔진 및 엔진ECU, BCM 등의 차량 제어 장치와 엔진과 관련된 센서 및 엑추에이터 등이 작동하면서 발생하는 Switching 노이즈와 응축기, 와이퍼, HVAC 모터 등 DC모터에서 발생하는 ARC성 노이즈, 릴레이 및 제어기에서 발생하는 Switching 노이즈와 Chattering 노이즈 등 복합적인 성분의 노이즈가 발생하면서 RE102의 시험 기준치를 초과한 것으로 분석되었다.

CE102 전도방사 시험은 구성품에 투입되는 전원케이블을 대상으로 LISN(Line Impedance Stabilization Network)와 구성품인 EUT를 연결하여 HOT(High) 및 RTN(Return) 신호를 10kHz~10MHz 주파수 대역에 대해서 도선으로 전도되는 방사량을 주파수분석기로 측정하였다.

RE102 복사방사 시험은 구성품에서 전자파 노이즈가 최대로 방사되는 방향으로 안테나를 설치하였으며, 차량 현상 파악 시험에서 방사되는 노이즈가 더 많은 수직 방향에 대해서 측정하였다.

그림 7. | Fig. 7. RE102 시험 사진 | RE102 Test Picture

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차량의 구성품 전체를 대상으로 시험을 진행하였으며, 그림8과 같이 CE102 전도방사 및 그림9와 같이 RE102 복사방사 시험 기준치를 초과하는 전자파 성분이 측정되는 구성품을 식별할 수 있었다.

그림 8. | Fig. 8. CE102 HOT(좌), RTN(우) 시험 결과(개선 전) | CE102 HOT(Left), RTN(Right) Test Result (Before enhancement)

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그림 9. | Fig. 9. RE102 시험 결과(개선 전) | RE102 Test Result(Before enhancement)

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본 논문에서는 구성품 중 하나인 응축기 모터에 대해서 분석 및 조치한 내용을 기술하였다. 응축기 모터는 DC모터로써 모터가 회전하면서 브러시와 정류자 간의 기계식 접점으로 인해서 Arc성 노이즈가 발생하여 시험 기준치를 초과한 것으로 분석되었다.

CE102 전도방사 규격 만족을 위해 일체형 EMI 필터를 적용하였으며, RE102 복사방사 규격을 만족 및 모터 케이블 인입구 틈으로 방사되는 노이즈를 차단하기 위해 케이블 차폐를 적용하여 시험을 진행하였다.

그림 10. | Fig. 10. EMI 필터 및 케이블 차폐 적용 | Apply EMI Filter and Cable Shield

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EMI필터 및 케이블 차폐를 적용 후 CE102 전도방사 시험에서 HOT선 및 RTN선에서 방사되는 노이즈가 시험 기준치 이내임을 확인할 수 있었으며, RE102 복사방사 시험에서도 마찬가지로 시험 기준치 이내로 만족함을 확인할 수 있었다.

그림 11. | Fig. 11. CE102 HOT(좌), RTN(우) 시험 결과(개선 후) | CE102 HOT(Left), RTN(Right) Test Result (After enhancement)

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그림 12. | Fig. 12. RE102 시험 결과(개선 후) | RE102 Test Result(After enhancement)

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구현된 모의 시스템은 길이가 약 2m 수준으로 각 구성품 별로 전자파가 최대로 방사되는 위치를 안테나를 바라보는 방향으로 설치하였다. 안테나를 모의 시스템 전방에 설치하여 안테나 커버되는 구간만큼 구획을 나누어 이동하면서 RE102 복사방사 시험과 RS103 복사내성 시험을 실시하였다.

그림 15. | Fig. 15. RE102/RS103 시험 구성도 | Simulation System configuration

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모의 시스템을 대상으로 RE102 복사방사 시험을 진행하여기춘치를 만족하는 결과를 얻을 수 있었으나, 2MHz~5MHz 주파수 대역에서 마진확보가 필요한 Chattering 노이즈가 발생함을 확인할 수 있었다.

그림 16. | Fig. 16. RE102 시험 결과(Chattering 노이즈 개선 전 – 좌, 개선 후 – 우) | RE102 Test Result(Before enhance chattering noise – Left, After enhancement – Right)

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모의 시스템을 구성하여 작동할 때 DC모터 및 릴레이의 접점부가 붙고 떨어지는 시점에서 발생하는 Chattering 노이즈가 원인인 것으로 파악되어 접점이 붙더라도 불필요한 신호가 발생되지 않도록 처리하여 노이즈를 개선할 수 있었다. 개선 결과, 수직 방향(그림16) 및 수평 방향(그림17)의 전자파를 측정하여 마진을 확보하면서 시험 기춘치를 만족함을 확인할 수 있었다.

그림 16. | Fig. 16. RE102 시험 결과(수직 방향) | RE102 Test Result(Vertical)

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그림 17. | Fig. 17. RE102 시험 결과(수평 방향) | RE102 Test Result(Horizontal)

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RS103 복사내성 시험을 아래 표2와 같이 2MHz~1GHz 주파수 대역에서는 10V/m, 1GHz~18GHz 주파수 대역에서는 50V/m로 시험을 진행하여 구성품이 정상 작동함을 확인할 수 있었다.

시험의 구성은 .21 차량 현상 파악 시험 단계와 동일하게 캐빈의 전방, 좌측, 우측 및 차량의 후방까지 4방향에 안테나를 설치하여 2MHz~18GHz 주파수 대역에서 방사되는 노이즈를 측정 및 전계 값을 주사하여 시험을 진행하였다.

그림 19. | Fig. 19. RS103 시험 모니터링 | RS103 Test Monitoring

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엔진 작동, 와이퍼 작동, 에어컨 작동 및 전조등, 후미등, 비상등, 실내등 작동 상태에서 RE102 복사방사 시험 실시하여 측정되는 방사되는 수직 및 수평 방향의 전자파 2가지 모두 시험 기준치 이내이므로 시험 기준을 충족함을 볼 수 있었다.

그림 20. | Fig. 20. RE102 시험 결과(위 – 수직, 아래 – 수평) | RE102 Test Result (Up – Vertical, Down – Horizontal)

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RE102 복사방사 시험과 동일하게 엔진 작동, 와이퍼 작동, 에어컨 작동 및 전조등, 후미등, 비상등, 실내등 작동 상태에서 외부의 안테나를 통해 30MHz~18GHz 주파수, 10V/m~ 50V/m 전계의 값을 주사하여 이상 및 오작동이 발생하지 않아 시험 기준을 충복함을 확인하였다.

그림 21. | Fig. 21. RE102 시험 결과(수평 방향) | RE102 Test Result(Horizontal)

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