새로운 IEC/UL IEC-62368 소비자 가전 제품 안전 규정을 준수해야 하는 전원 공급 장치

소비자 가전 제품 설계자는 다양한 기능 및 성능 목표와 효율성 및 전자파 방해(EMI) 규정 이외에도 광범위한 보안 관련 요구 사항을 충족해야 합니다. 이러한 규정 요구는 복잡하지만 새로운 표준 즉, 정보 및 통신 기술(ICT)과 오디오/비디오(A/V) 장비를 위한 IEC 62368-1 안전 표준의 그 목적과 요구 사항을 이해한다면 설계자에게 매우 유용할 것입니다.

이 기사 작성 시점을 기준으로 현재 이러한 영역을 포괄하는 두 가지 표준(IEC 60950‑1, 정보 기술 장비 – 안전 및 IEC 60065, 오디오, 비디오 및 유사한 전자 기구 ‑ 안전 요구 사항)이 널리 사용되고 있습니다. 이 두 표준은 2020년 12월 20일에 철회되며 단일 IEC 62368-1 표준으로 대체될 예정입니다.

새로운 표준은 이전 표준의 두 제품 등급 간 차이점과 중복되는 부분을 제거하는 것 이상의 역할을 합니다. 이 표준에서는 안전에 대한 관점이 “사고 기반” 평가에서 “유해성 기반” 평가로 전환되며, 기존 기술을 수용하되 새로운 발전을 제한하지 않는 범위에서 요건이 변화되었습니다.

이 기사에서는 IEC 62368-1의 역할과 주요 사항 및 설계에 미치는 영향을 설명합니다. 그런 다음 새로운 표준을 준수하는 데 중요한 역할을 하는 기능 및 서브 시스템(특히, 전원 공급 장치)에 대해 살펴봅니다. 마지막으로 엔지니어가 제품을 더 쉽게 승인받고 더 빨리 출시할 수 있도록 규정을 준수하는 CUI Inc.의 전원 공급 장치 솔루션을 소개합니다.

IEC 62368-1: 이유 및 대상 제품

수십 년 전만 해도 A/V 제품과 정보 기술(IT) 즉, 컴퓨터 제품 간의 차이가 명확했습니다. 따라서 기존 제품에 각각 고유의 안전 표준이 연결되어 있었습니다. 하지만 기술 및 제품의 발전과 변경으로 두 그룹 간의 경계가 모호해지고 겹치는 부분이 많이 증가했습니다. 그 결과 개별 안전 표준을 대체하는 새로운 공동 안전 표준이 필요하게 되었습니다.

초기 IEC 62368-1은 세계에서 가장 오래된 표준 기구인 국제 전자기술 위원회(IEC)에 의해 개발되었습니다. 이를 위해 IEC는 IEC 60065 및 IEC 60950-1 표준을 개별적으로 개정하거나 업데이트하지 않고 전체를 대체하는 새로운 표준을 개발하도록 위임받은 전문가, 학계, 정보 관료로 구성된 기술 위원회(TC) 108을 만들었습니다(그림 1). 이에 따라 TC 108에서 개발된 표준은 IEC에 의해 공식적으로 채택되었으며, 미국을 비롯한 많은 국가와 지역에서 이 표준을 “통합”했습니다.

그림 1: IEC 62368-1은 광범위한 소비자 및 사무용 제품을 포괄하는 새로운 접근 방식을 채택한 완전히 새로운 안전 표준이지만, 어느 정도 진화의 역사와 맥락을 포함하고 있습니다. (이미지 출처: Power Systems Design)

IEC 62368-1의 적용을 받는 제품 등급은 다음을 포함하되 이에 국한되지 않습니다.

• 컴퓨팅 및 네트워킹 제품(서버, PC, 라우터, 노트북/랩톱 컴퓨터, 태블릿, 전원 공급 장치)
• 소비자 가전(증폭기, 홈 시어터 시스템, 디지털 카메라, 개인용 뮤직 플레이어)
• 디스플레이 및 디스플레이 장치(모니터, TV, 디지털 프로젝터)
• 통신 제품(네트워크 인프라 장비, 무선 전화 및 휴대전화, 배터리 구동식 장치 등 유사 통신 장치)
• 사무용 기기(복사기, 문서 파쇄기)
• 가정, 학교 및 유사한 상황과 설정으로 사용되는 다양한 유형의 오디오/비디오, 정보 및 통신 기술 장비

IEC 62368-1은 이전 두 표준을 업데이트하여 병합하는 단순한 수정 버전이 아닙니다. 대신, 이 표준에서는 유해성 기반 안전 엔지니어링(HBSE)이라는 공식 이름을 가진 유해성 기반 접근 방식을 사용하여 전자 장비와 IT/통신 기술 모두와 관련된 안전 문제를 다룹니다. 새로운 접근 방식에서는 안전 요구 사항을 조사하여 자세히 설명하기 보다 발생 가능한 위험을 강조하는 동시에 제조업체에서 이러한 위험을 방지할 수 있는 설계 방법을 결정할 수 있도록 합니다. 따라서 설계 단계 중 제품 안전 평가를 강조합니다. HBSE 원칙에 따라 IEC 62368-1은 다음과 같은 특성을 가집니다.

• 성능을 더욱 중요시하지만, 현재는 승인된 구성의 안전이 검증된 경우(예: IEC 60065 및/또는 IEC 60950-1) 이를 허용합니다.
• 정의된 경계 내에서 기술에 구애되지 않고 충분한 설계적 자유를 허용합니다.
• 광범위한 기존 전자 제품에 적용되며, 글로벌 시장에 대한 신기술 도입을 지원합니다.

2020년 12월 20일에 IEC/UL/CSA 60950‐1 및 IEC/UL/CSA 60065를 공식적으로 철회할 예정입니다. 그 이후에 제품을 시장에 제공하려는 제조업체는 IEC/UL 62368을 준수해야 합니다.

특정 상황과 지역에서 재고 “적용을 면제”하는 62368-1에 따라 인증된 제품에서 60950-1 또는 60065 부품 재고를 계속 사용할 수 있도록 허용하는 중요하지만 일시적인 규정이 있습니다. 특히, 4.1.1 하위 조항에는 “IEC 60950-1 또는 IEC 60065를 준수하는 부품 및 하위 조립품은 기본 사양에 포함되는 장비에서 별도의 평가 없이 사용하더라도 제품의 적절한 부품 또는 하위 조립품으로 간주된다.”고 규정되어 있습니다. 예를 들어, 나열된 전원 공급 장치의 경우 이 “고려 사항”은 설정된 전기 등급 내 제품 사용을 보장합니다.

HBSE: 의미

HBSE에 따라 제품 제조업체는 알려진 위험을 고려하고 예상되는 상황에서 제품을 안전하게 사용할 수 있도록 설계되었다는 사실을 입증해야 합니다. 다시 말해, 단순히 “알려진 고전압 지점을 비롯하여 노출 가능성이 있는 특정 상황에서 사용자를 보호”하는 데 그치지 않고 “다양한 위험을 평가하여 각 위험 유형과 레벨에 따라 적절히 처리”해야 합니다.

이전에는 제조업체가 규정된 사양이 충족되는지만 확인하면 되었지만 이제 중요한 지점이 변경되었습니다. HBSE는 다른 표준(예: IEC 60601-1 - 의료 전기 장비 - 1-2부: 기본 안전 및 필수 성능에 대한 일반 요구 사항 - 부속 표준: 전자기 교란 - 요구 사항 및 테스트)처럼 위험 분석을 요구하지 않습니다.

HBSE는 에너지를 사용자에게 전송할 수 있는 메커니즘과 잠재적으로 위험한 에너지원을 식별하도록 제조업체에 요구하여 장비 사용자 보호 목적을 설정합니다. 그런 다음 정상 작동 상황과 고장 조건 모두에서 이러한 전송이 발생하지 않도록 보호하는 적절한 방법을 제안하고 구현해야 합니다. 전기 에너지(감전) 또는 화상에 의한 직접적인 고통이나 부상을 방지하고, 고통, 부상, 사망 또는 재산 피해를 초래할 수 있는 전기 관련 화재를 방지하기 위해 안전 조치를 시행합니다. 마지막으로 HBSE는 안전 조치의 효율성을 평가합니다.

HBSE 모델은 에너지원, 전송 메커니즘, 신체 부분의 세 가지 블록을 구성합니다(그림 2). 에너지원에 의해 제기되는 위험에 대한 “솔루션”은 비슷한 3블록 모델로 표현되지만 에너지 전송 메커니즘 대신 안전 조치가 포함됩니다.

그림 2: IEC 62368-1의 전략은 사용자에게 위험한 에너지원과 가능한 경로를 식별한 다음 해당 에너지 경로 및 흐름에 대한 안전 조치를 제공하는 것입니다. (이미지 출처: InComplianceMag.com)

또한 IEC 62368-1은 다양한 유형의 사용자 및 에너지원에 대해 각각 세 가지 범주의 필요한 보호 레벨을 고려하도록 제조업체에 요구합니다. 사용자의 경우 세 가지 범주는 “숙련자”, “기능자”, “일반인”입니다. 에너지원은 표에 따라 분류되며, 그림 3에 간략하게 표시되어 있습니다.

그림 3: IEC 62368-1에서는 에너지원의 세 가지 위험 등급을 인식하고 각 등급에 대해 제공해야 하는 안전 조치의 범위(있는 경우)를 정의합니다. (이미지 출처: CUI)

그런 다음 2단계의 사용자 레벨 및 에너지원을 하나의 매트릭스로 결합합니다(그림 4).

그림 4: 각 에너지원에 필요한 안전 조치 레벨과 유형을 설정하기 위해 IEC 62368-1 표준에서는 에너지원의 위험을 사용자 기술 레벨 및 전문성과 결합합니다. (이미지 출처: SGS SA)

사용자는 일반인에서 숙련자로 이동할수록 위험이 감소하지만, 에너지 등급이 왼쪽에서 오른쪽으로 높아질수록 위험은 더 커집니다. 따라서 이 표준에 따라 클래스 3 제품(에너지원 3 또는 ES3)을 사용하는 일반인의 경우 안전 조치를 추가하거나 강화해야 하고(예: 이중 절연 또는 특수 실드), ES3 제품을 사용하는 숙련자의 경우 동일한 레벨의 보호 조치가 필요하지 않습니다.

IEC 62368-1에서는 다음과 같은 4단계 공정을 사용합니다.

• 첫째, 에너지원 식별
• 둘째, 에너지원을 클래스 1, 2 또는 3으로 특정
• 셋째, 적절한 안전 조치 식별
• 넷째, 선택된 안전 조치의 효율성 측정

안전 조치는 접근 방법과 레벨의 두 가지 그룹으로 분류되며, “접근 방법”은 안전 조치의 작동 방식을 지정하고, “레벨”은 안전 조치의 강도를 특정합니다(그림 5).

그림 5: IEC 62368-1은 필요한 적정 레벨의 안전 조치를 식별한 후 구현에 대한 접근 방법을 분석합니다. (이미지 출처: SGS SA)

에너지 조사

전압 및 전류와 함께 에너지 레벨을 준수해야 합니다. 에너지 레벨이 낮은 경우(ES1) 걱정할 일이 별로 없습니다. ES1, ES2 및 ES3에 해당하는 구체적인 전류 및 전압 한도는 주파수에 따라 다르며 주파수에 의해 결정될 수 있습니다. 예를 들어 주파수가 1kHz 이하인 경우 ES1 한도는 30V rms, 42.4V peak 및 60V DC이고, ES2 한도는 50V rms, 70.7V peak 및 120V DC입니다.

상황이 복잡해지면 장비는 해당 에너지 등급에 지정된 전압 한도 또는 전류 한도 중 하나를 준수하되, 둘 다 준수할 필요는 없습니다. 또한 표준으로 정의되는 한도는 정상/비정상 작동 또는 단일 고장 조건에 따라 달라지며, 펄스 파형과 비작동 시간에 대한 제한을 자세히 규정하는 세부 항목이 있습니다(그림 6 및 그림 7).

그림 6: 전기 화재는 전력과 시간의 복합적인 원인으로 발생하므로 IEC 62368-1 표준에서는 이 두 가지 핵심 파라미터 간의 관계를 검토합니다. (이미지 출처: CUI)

그림 7: 또한 이 표준에서는 전기 화재의 잠재적 원인이 되는 에너지 레벨을 특정합니다. (이미지 출처: CUI)

설계 엔지니어가 할 일

새로운 표준을 이해하여 쉽게 준수할 수 있다고 생각하는 설계자는 다음 두 그룹 중 하나에 속합니다.

1. 표준 관련 과정과 교육을 이수하고 기존 IEC 표준 작업에 이미 참여하고 승인 공정을 개인적으로 경험한 적이 있는 엔지니어
2. 경험이 없거나 미숙한 엔지니어. 이는 표준에서 요구하는 사항이 때때로 복잡하고 혼동을 일으킬 수 있기 때문입니다. 또한 안전 조치를 식별하기 위해 다양한 옵션 중에서 선택해야 합니다. 안전 조치를 어디서 어떻게 사용할지 파악하는 것은 그리 간단하지 않습니다.

고려할 안전 조치에는 보호 접지(실제 “접지”), 전기 인클로저, 내화성 인클로저, 절연을 포함하되 이에 국한되지 않습니다. 또한 안전 표시를 비롯한 안전 조치가 설치되어 있습니다(예: 외부 접지, 교육상 안전 조치). 마지막으로 숙련자가 일반인을 교육하는 경우에 설계할 예방적 안전 조치와 클래스 2 및 클래스 3 에너지원에서 제공하는 위험에 대한 숙련된 실무자의 보호 능력에 따라 달라지는 “기술 기반” 안전 조치가 있습니다.

공급 장치 중시

설계자가 가장 먼저 확인해야 할 질문은 “이 설계가 위험 영역으로 분류되는 주요 에너지원은 무엇입니까?”입니다. 이 표준의 적용을 받는 제품 대다수의 경우 답은 분명합니다. 바로 AC 전원 공급 장치입니다. 이런 이유로, 표준 규격 공급 장치를 선택하여 적절히 배포한다면 대부분의 규정 준수와 관련된 문제가 발생하지 않으므로 설계 과제가 크게 줄어듭니다.

다행히 CUI와 같은 공급 장치 벤더들이 2020년 12월 기한에 대비해 새로운 표준을 조사 및 분석하여 요구 사항을 충족하는 다양한 AC 공급 장치를 이미 제공하고 있습니다. 이러한 공급 장치는 상대적 저전력 장치(10W 미만)부터 중간급 장치 및 세 자리 전력의 대형 공급 장치까지 다양합니다. 세 가지 예는 이러한 공급 장치의 범위와 기능을 보여 줍니다.

CUI SWI6-9-N-P5는 출력 범위가 3.3V ~ 15V인 어댑터 제품군에 속하는 9V, 6W AC/DC 벽면 실장 어댑터입니다(그림 8). 이 장치는 90V ~ 264V AC에서 작동하며 0.1W 미만의 무부하 전력 소비로 에너지부(DoE) 레벨 VI 효율을 충족합니다. 이 장치는 78g(2.75oz)의 무게와 56mm × 28mm × 42mm(2.2인치 × 1.1인치 × 1.65인치) 크기의 콤팩트한 케이스에 과전류 보호, 과전압 보호 및 단락 보호 기능을 포함합니다.

그림 8: CUI Inc.의 SWI6-9-N-P5는 외부 사용을 위한 IEC 62368-1 표준을 완벽히 준수하는 9V, 6W AC/DC 벽면 실장 어댑터입니다. (이미지 출처: CUI)

더 높은 전압 및 전력 등급을 위한 CUI SMI18-24-V-P5는 다중 블레이드 플러그 어댑터를 포함하는 24V, 18W 벽면 실장 어댑터로서, 5V ~ 24V 장치 제품군에 포함됩니다(그림 9). 이 장치는 0.075W 미만의 무부하 전력 소비로 DoE VI등급, CoC Tier 2 효율성 등급을 충족하며 보호 수준이 6W 장치와 비슷합니다. 이 170g(6oz), 75mm × 35.8mm × 65.6mm(3인치 × 1.4인치 × 2.6인치) 범용 입력 공급 장치의 고유한 특징은 교체 가능한 글로벌(북아메리카, 유럽, 영국, 호주, 중국) AC 블레이드와 함께 제공된다는 것입니다.

그림 9: SMI18-24-V-P5는 다중 블레이드 플러그 어댑터 세트와 함께 제공되는 IEC 62368-1 규격 24V, 18W 벽면 실장 어댑터로서, 동일한 장치를 전 세계적으로 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: CUI)

많은 응용 분야에서는 여전히 CUI SDI120-12-U-P51 AC/DC 데스크톱 어댑터에서 제공하는 것과 같은 높은 전력 등급이 필요합니다. 이 어댑터는 12V, 120W 등급으로 해당 전력 등급의 12V ~ 48V 제품군에 속합니다(그림 10). IEC 62368-1 정격 공급 장치는 DoE VI등급 효율성(230V AC에서 0.21W 무부하 소비)을 충족하고 역률이 0.9를 초과합니다. 580g(20.4oz), 168.1mm × 65.9mm × 39mm(6.6인치 × 2.6인치 × 1.5인치) 규격의 이 장치는 AC 코드를 포함하지 않지만 블레이드형 코드와 현지 AC 아웃렛에 맞는 구성으로 별도로 주문할 수 있습니다.

그림 10: 벽면 실장 어댑터가 적절하지 않거나 바람직하지 않은 고전력 상황에서는 외장형 SDI120-12-U-P51 AC/DC 데스크톱 어댑터를 사용하고 적절한 AC 전력 코드를 별도로 선택할 수 있습니다. (이미지 출처: CUI)

결론

소비자 및 정격 제품에 대한 IEC/UL IEC-62368-1 표준은 2020년 12월 공고일부터 효력이 발생합니다. 이 표준은 복잡하며, 잠재적 안전 문제를 평가하여 보호하는 유해성 기반 접근 방식을 채택했고, 이전 표준과 많은 차이가 있습니다. 이 표준의 규정을 충족하는 AC/DC 공급 장치를 선택함으로써 설계 엔지니어링 팀의 작업을 크게 간소화하고 최종 제품 승인 위험을 최소화할 수 있습니다.

CUI 참고 자료

1. “IEC 62368-1: An Introduction to the New Safety Standard for ICT and AV Equipment”
2. “The Latest on IEC 62368-1: More Time to Comply, But a Harder Deadline”