ESD·EFT/Burst·Surge 시험의 원리와 주요 특징 알아보기

전자파 내성시험에는 여러 종류가 있지만, 실제 EMC 시험에서 자주 접하게 되는 대표적인 시험으로 ESD, EFT/Burst, Surge를 들 수 있습니다.

세 시험 모두 외부에서 발생하는 전기적인 방해에 대해 제품이 정상적으로 동작할 수 있는지를 확인한다는 공통점이 있습니다.

하지만 방해가 발생하는 원리와 신호의 특성, 제품에 영향을 주는 방식은 서로 다릅니다.

이번 글에서는 ESD·EFT·Surge 시험이 각각 어떤 원리로 동작하는지, 그리고 세 시험의 주요 특징은 무엇인지 정리해보겠습니다.

ESD 시험의 원리

ESD는 Electrostatic Discharge, 즉 정전기 방전을 의미합니다.

일상생활에서 사람이 움직이거나 다른 물체와 접촉하는 과정에서 정전기가 축적될 수 있습니다. 이렇게 축적된 전하가 제품의 금속 부분이나 커넥터 등에 순간적으로 방전되면 짧은 시간 동안 강한 전기적 방해가 발생할 수 있습니다.

ESD 시험은 이러한 정전기 방전 상황을 시험환경에서 재현하여 제품의 내성을 확인하는 시험입니다.

IEC 61000-4-2에서는 정전기 방전에 대한 내성시험을 위해 시험레벨, 방전전류 파형, 시험설비, 시험배치 및 시험절차 등을 규정하고 있습니다.

ESD 시험에서 중요한 부분은 제품의 외부 표면에 방전이 발생했을 때 내부 회로까지 방해가 전달될 수 있다는 점입니다.

예를 들어 다음과 같은 현상이 나타날 수 있습니다.

• 화면이 순간적으로 깜빡이는 현상
• 통신이 일시적으로 끊기는 현상
• 장비가 재부팅되는 현상
• 특정 기능이 일시적으로 멈추는 현상
• 시험 후 정상적인 동작으로 복귀하지 못하는 현상

따라서 ESD 시험에서는 방전 자체뿐만 아니라 방전 이후 제품의 기능 상태를 함께 확인하는 것이 중요합니다.

EFT/Burst 시험의 원리

EFT/Burst는 Electrical Fast Transient/Burst의 약자입니다.

ESD가 사람이나 주변 물체에서 발생하는 정전기 방전을 재현하는 시험이라면, EFT/Burst는 전원선이나 신호선, 제어선 등에 발생할 수 있는 빠르고 반복적인 전기적 과도현상을 대상으로 합니다.

IEC 61000-4-4에서는 전원, 신호, 제어 및 접지 포트에 반복적인 fast transient/burst가 발생하는 상황에서 전기·전자기기의 내성을 평가하는 시험방법을 규정하고 있습니다.

EFT/Burst와 관련된 방해는 스위칭 동작 등으로 인해 발생할 수 있습니다.

특히 릴레이나 접점의 동작, 유도성 부하의 스위칭처럼 전기적인 상태가 빠르게 변화하는 상황에서는 순간적인 과도현상이 발생할 수 있습니다.

이러한 신호가 케이블이나 전원선을 통해 제품 내부로 전달되면 회로가 영향을 받을 수 있습니다.

제품에서는 다음과 같은 문제가 나타날 수 있습니다.

• 통신 오류
• 화면 또는 표시부의 순간적인 이상
• 제어신호 오류
• 장비의 일시적인 기능 정지
• 시스템 재부팅

따라서 EFT/Burst 시험에서는 제품에 연결된 케이블과 포트의 구성 및 방해신호가 결합되는 경로를 함께 살펴보는 것이 중요합니다.

Surge 시험의 원리

Surge는 앞서 살펴본 EFT/Burst와 마찬가지로 과도현상에 대한 내성을 확인하지만, 시험의 성격은 다릅니다.

IEC 61000-4-5에서는 스위칭이나 낙뢰 과도현상에 의해 발생할 수 있는 일방향성(Unidirectional) 서지에 대한 장비의 내성을 평가하는 방법을 규정하고 있습니다.

쉽게 말하면 전원계통이나 외부 연결선 등에 비교적 큰 과도전압이 발생했을 때 제품이 이를 얼마나 견딜 수 있는지를 확인하는 시험입니다.

Surge 시험에서는 단순히 매우 빠른 신호를 반복적으로 가하는 것이 아니라 정해진 시험조건에 따라 서지 현상을 재현합니다.

따라서 Surge 시험을 실제 낙뢰를 제품에 직접 가하는 시험으로 이해해서는 안 됩니다.

시험규격에서 정해진 파형과 시험레벨, 시험방법에 따라 서지 현상을 재현하고 제품의 반응을 평가하는 과정입니다.

ESD·EFT·Surge는 무엇이 다를까?

세 시험의 가장 큰 차이는 각각 재현하는 시험조건과 제품에 인가되는 신호의 특성에 있습니다.

시험	대표적인 특징
ESD	사람이나 주변 물체에서 발생하는 정전기 방전을 재현
EFT/Burst	전원·신호·제어선 등에 반복적인 빠른 과도현상을 인가
Surge	스위칭이나 낙뢰 과도현상에 의해 발생할 수 있는 서지를 재현

즉,

ESD는 정전기 방전,
EFT/Burst는 반복적인 빠른 과도현상,
Surge는 스위칭·낙뢰와 관련된 서지 현상

을 각각 시험 대상으로 한다고 이해하면 쉽습니다.

세 시험에서 제품에 문제가 발생하는 경로도 다르다

EMC 내성시험에서 중요한 것은 단순히 시험신호의 크기만 보는 것이 아닙니다.

같은 제품이라도 외부 방해가 어떤 경로로 회로에 들어오느냐에 따라 문제가 발생하는 위치와 증상이 달라질 수 있습니다.

ESD의 경우 제품 외함이나 커넥터 등의 접촉 지점을 통해 방해가 유입될 수 있습니다.

EFT/Burst는 전원선이나 신호선, 제어선 등을 통해 과도현상이 전달될 수 있습니다.

Surge 역시 전원 또는 외부 연결선 등을 통해 제품으로 과도한 전기적 방해가 유입될 수 있습니다.

따라서 시험에서 문제가 발생했다면 단순히 시험레벨만 낮추는 것보다 방해신호가 어떤 경로를 통해 회로에 결합되었는지를 확인하는 것이 중요합니다.

ESD·EFT·Surge 대응에서 설계가 중요한 이유

전자파 내성은 시험 직전에 보호회로 하나를 추가한다고 해서 항상 해결되는 문제는 아닙니다.

PCB의 접지 구조, 회로 배치, 신호선의 경로, 케이블 구조, 커넥터 주변의 설계, 차폐 및 필터링 등이 종합적으로 영향을 줄 수 있습니다.

특히 ESD나 EFT/Burst에서 특정 기능이 반복적으로 오동작한다면 외부에서 들어온 방해가 어느 지점에서 회로에 영향을 주는지 분석할 필요가 있습니다.

따라서 EMC 대응에서는 시험결과만 확인하기보다 시험 중 발생한 제품의 증상과 방해신호의 유입 경로를 함께 분석하는 과정이 중요합니다.

ESD·EFT·Surge 시험 한눈에 정리

세 시험을 간단하게 정리하면 다음과 같습니다.

ESD
→ 정전기 방전에 대한 제품의 내성을 확인

EFT/Burst
→ 전원·신호·제어선 등에 발생하는 반복적인 빠른 과도현상에 대한 내성을 확인

Surge
→ 스위칭이나 낙뢰 과도현상에 의해 발생할 수 있는 서지에 대한 내성을 확인

세 시험은 모두 EMC의 전자파 내성시험이라는 공통점이 있지만, 재현하는 시험조건과 시험방법은 서로 다릅니다.

또한 실제 적용되는 시험레벨과 시험조건, 성능기준은 제품의 종류와 적용 규격에 따라 달라질 수 있으므로 특정 조건을 모든 제품에 동일하게 적용해서는 안 됩니다.

결국 ESD·EFT·Surge 시험의 핵심은 단순히 높은 전압이나 강한 신호를 제품에 인가하는 데 있는 것이 아닙니다.

실제 사용환경에서 발생할 수 있는 전기적 방해를 정해진 시험조건으로 재현하고, 그 상황에서도 제품이 요구되는 기능을 유지할 수 있는지를 확인하는 것이 전자파 내성시험의 중요한 목적입니다.

다음 글에서는 이 가운데 ESD 시험을 중심으로 시험방법과 시험조건, 접촉방전과 기중방전의 차이를 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.