제어기 설계에 있어 프레임 그라운드를 설명하고, 전자기파 차폐를 위해 어떻게 사용해야 하는지를 설명하시오
EMC Webzine, 2016, Dec, Vol 37, 36page
제어기 설계에서 프레임 그라운드(frame ground)는 시스템의 물리적 구조나 샤시(chassis)를 지구의 전기적 “접지(ground)”에 연결하는 것을 말합니다. 이러한 접지 방법은 전자 장비에서 발생할 수 있는 전자기 간섭(EMI, Electromagnetic Interference) 및 기타 전기적 잡음을 줄이는 데 중요한 역할을 합니다. 프레임 그라운드는 안전하고 안정적인 시스템 운영을 보장하기 위해 필수적인 요소 중 하나입니다.
프레임 그라운드의 목적
- 안전성 향상: 전기적 고장이 발생했을 때, 프레임 그라운드는 과도한 전류를 지구로 안전하게 배출하여 사용자와 장비를 보호합니다.
- 전자기파 차폐: 프레임 그라운드는 외부 전자기파로부터 장비를 보호하고, 장비에서 발생하는 전자기파가 외부로 유출되는 것을 방지합니다.
전자기파 차폐를 위한 프레임 그라운드 사용 방법
- 접지 점의 최적화: 프레임 그라운드는 적절한 위치에 접지 점을 설정하여 전체 시스템의 접지 경로를 최적화해야 합니다. 이는 접지 루프(loop)를 최소화하고, 잡음 전류의 영향을 줄이기 위함입니다.
- 접지 경로 단순화: 접지 경로는 가능한 직선이 되도록 설계해야 하며, 경로의 길이를 최소화하여 임피던스를 줄여야 합니다. 이를 통해 고주파 잡음의 접지 경로에 대한 영향을 감소시킬 수 있습니다.
- 케이블 및 커넥터의 적절한 선택: 전자기파 차폐를 위해, 쉴드(shield)가 있는 케이블을 사용하고, 이 케이블의 쉴드를 프레임 그라운드에 연결해야 합니다. 케이블의 쉴드는 외부 잡음을 차단하는 데 도움이 됩니다.
- 메탈 샤시의 활용: 제어기 및 전자 장비의 샤시를 메탈 재질로 선택하고, 이를 프레임 그라운드에 접지시키면 외부 전자기파의 침입을 막고, 장비 내부에서 발생하는 전자기파의 유출을 차단하는 효과적인 차폐가 됩니다.
- 다중 접지 포인트 방지: 제어 시스템 내에서 다중 접지 포인트(ground loop)를 만들지 않도록 주의해야 합니다. 이는 전자기 잡음을 유발할 수 있으며, 시스템 내에서 불필요한 전류 흐름을 생성할 수 있습니다.
제어기 설계에서 프레임 그라운드와 전자기파 차폐를 올바르게 적용하는 것은 시스템의 신뢰성과 성능을 보장하는 데 매우 중요합니다. 접지 설계에 대한 깊은 이해와 주의 깊은 계획이 필요하며, 이를 통해 전자 장비의 안전성과 정확성을 크게 향상시킬 수 있습니다.