외부 전문가 활용: 스마트한 설계 규정 준수 전략

몇 달 전, 데스크톱 PC에서 이메일 애플리케이션(Microsoft Outlook)이 갑자기 서버에 연결되지 않고 숫자로 된 오류 메시지가 나타났습니다. 저는 “나는 엔지니어이니까 고칠 수 있을 거야”라고 생각했습니다. 오류 번호를 검색해 봤더니 매우 흔히 발생하는 오류였습니다. 여러 사이트에서 해결 방법에 대한 총 약 열 가지의 제안이 있었습니다. 기본 설정이 손상되지 않았는지 확인하라는 당연한 방법부터 운영체제의 세부적인 부분까지 살펴보라는 난해한 방법, 이메일 계정을 삭제하고 다시 만들라는 위험한 방법까지 다양한 방법이 제시되어 있었습니다. 그 중 절반 가량을 시도해 볼 수 있었고, 나머지는 여러 가지 이유로 적용할 수 없었습니다. 결론부터 말하자면, 오랜 시간을 투자했음에도 오류를 해결할 수 없었습니다.

결국, 여기에 20시간 ~ 30시간을 보내고 나서야 인터넷에서 비용을 지불하고 믿을 만한 서비스 지원을 받아야겠다는 생각이 들었습니다. 서비스 업체에서는 원격으로 제 PC에 접속하여 20분 만에 문제를 해결했습니다. 당시 저는 제 시간과 노력을 더 투자하지 않고 저렴한 가격으로 문제가 해결되었다는 것 외에는 무엇이 문제였는지 알고 싶지도 않았습니다.

바로 그때, 경험으로 어렵게 체득한 엔지니어링 교훈이 다시 한번 떠올랐습니다. 때로는 자존심을 내려놓고 다른 이들의 전문성을 활용하는 것이 가장 현명한 방법일 수 있다는 것입니다. 특정 문제를 해결하거나, 더 바람직하게는 미리 문제를 예측하고 예방하기 위해 전문 컨설턴트를 고용해야 하는 경우에도 마찬가지입니다.

오늘날 설계의 현실을 보면 거의 모든 프로젝트나 제품이 마케팅 요구 사항으로만 정의되는 것이 아니라 여러 규정 표준의 적용을 받습니다. 다음 규정을 철저히 준수하면 성능, 안전, 사회적, 정책적 목적을 아우르는 여러 측면을 충족할 수 있습니다.

• 상위 기술 표준: IEEE 802.x 또는 의료기기 성능 인증 등
• 전기 안전 표준: 보통 전압 수준이 높을수록 엄격함
• 의료 안전 표준: 기본적으로 일반 전기 표준과 연관되어 있지만 더 엄격한 표준
• 기계 안전 표준: 물리적인 부상 방지 및 특정 영역 출입 금지
• 에너지 효율성 표준: 점점 엄격해지고 있으며 저전력 AC-DC 어댑터 등 소형 제품에도 적용되고 있음
• EMI 및 RFI 표준: 소음 발생 및 민감도 모두 포함
• 오디오 표준: 경보음과 경고음의 음량, 정상 작동 시 제품 소음, 제품에서 발생하는 특정 경보를 정의
• 다양한 완제품의 신뢰성 평가 및 측정
• 다양한 유형의 제품 경고 라벨 및 스티커, 포함 가능한 내용, 크기, 배치를 정의
• 자동차, 군사/항공, 기타 응용 분야의 다양한 최종 사용자 표준

안전 표준 대부분에는 법적 효력이 있기 때문에 준수하지 않는 제품은 판매 또는 유통할 수 없습니다. 이러한 표준에는 일반적으로 평가 방식(테스트 장비, 자극, 반응, 데이터 분석 등)을 명시하는 세부정보가 포함됩니다. 또한 안전 표준은 대부분 세계적으로 일치되고 있는 추세이지만 국가 또는 지역 간 다양한 예외사항과 차이점도 존재하는 복잡하고 복합적인 상황입니다.

거의 모든 제품이 여러 표준을 충족해야 하고, 이러한 표준 대부분에 중복되는 부분과 심지어 상충하는 부분도 있으므로 승인을 받고 출시되는 제품이 있다는 것만으로도 놀라운 일입니다. 가끔은 오늘날 엔지니어의 상황을 조나단 스위프트의 고전작 "걸리버 여행기"의 주인공 걸리버에 비유하게 됩니다. 소인국에서 걸리버는 아주 작은 사람들 사이를 성큼성큼 걸어 다니며 그들에 대해 신경 쓰지 않다가, 걸리버가 잠든 동안 그들이 셀 수 없는 만큼의 끈으로 묶기 시작하고, 걸리버는 곧 움직일 수 없게 됩니다(그림 1). "수많은 작은 상처들로 서서히 죽어가는 것" 또는 "서서히 피가 말라 죽어가는 것"에 비유되기도 합니다.

그림 1: 이 1726년 삽화에 표현된 걸리버와 소인들처럼, 오늘날의 설계자는 셀 수 없이 많은 크고 작은 표준을 준수하면서도 훌륭한 제품을 만들어야 합니다. (이미지 출처: Fine Art America/Mary Evans Picture Library)

전원 공급 장치부터 시작

제조업체는 보통 규정 표준을 세심하게 연구하고 표준 제정에 참여하기도 하기 때문에 부품 문제에 관한 통계 자료가 수록된 벤더 사이트를 살펴보는 것으로 시작하는 것이 좋습니다. 게시 자료는 'UL 등재'와 'UL 인증'과 같이 흔히 사용되는 용어 간 차이 등 간단한 주제부터 다양한 내용을 포함합니다(그림 2).

그림 2: 'UL 등재'와 'UL 인증' 간 의미와 로고의 차이를 비롯한 규정과 지정에는 세부적인 요소들이 많습니다. (이미지 출처: Triad Magnetics)

AC-DC 전원 공급 장치부터 시작하는 것이 좋습니다. 예를 들어 CUI Inc.의15V/50W 장치인 VOF-50-15는 다양한 해당 표준을 충족합니다(그림 3). 이러한 표준으로는 IEC 60950(안전), EN 55022, EN 61000, 기타 표준(EMI/EMC)이 있습니다. 평균 무고장 시간(MTBF)이 MIL-HDBK-217F를 충족합니다.

그림 3: VOF-50-15 AC-DC 공급 장치(15V/50W)는 기본 안전, EMI/EMC, MTBF 평가를 아우르는 모든 관련 국제 안전 표준을 충족합니다. (이미지 출처: CUI Inc.)

이 공급 장치는 많은 인증을 받았지만, IEC 60601-1-11:2015에 따라 추가적인 절연과 극도로 낮은 누설 전류가 필요한 의료 응용 분야에는 적합하지 않습니다. 의료 응용 분야에는 IEC 의료 표준도 충족하는 VMS-40-24(24V, 40W)와 같은 CUI VMS-40의 전원 공급 장치가 적합합니다(그림 4).

그림 4: VMS-40-24(24V, 40W) AC-DC 공급 장치는 기본 안전, EMI/EMC, MTBF뿐 아니라 의료용 전원 공급 장치를 위한 IEC 60601-1-11:2015 표준 또한 충족합니다. (이미지 출처: CUI Inc.)

제품과 최종 승인에 AC-DC 공급 장치 인증만이 필요한 경우에는 이 설계만으로 충분합니다. 그런데 승인을 받거나 규정을 준수하는 부품을 사용하는 것도 중요하지만, 그렇다고 해서 반드시 전체 설계가 통과되는 것은 아닙니다. 예를 들어 공급 장치 규정 준수와는 무관한 최소 부품 및 기판 연면거리/공간거리 치수가 있습니다. 이를 비롯한 여러 표준이 동시에 적용됩니다.

어떤 표준이 어느 정도로 적용되는지 판단하는 것 자체도 쉽지 않습니다. 규정 준수 전문가의 도움으로 규정의 미로를 헤쳐나가고 적용 표준을 파악하며 표준에 우선순위를 부여하고, 불가피한 중복 및 상충하는 규정을 관리할 수 있습니다. 적합한 전문가를 선택하면, 안면거리 및 공간거리와 같이 가시적인 문제부터 RFI/EMI 방출 최소화와 같이 찾기 힘든 문제까지, 다양한 잠재적 문제들이 설계에 반영되기 전에 파악할 수 있습니다. 찾기 힘든 문제의 경우, 전문가는 문제를 찾고, 해결책을 제시하며, 차폐, 페라이트 비드, 바이패스 등 여러 접근 방식의 득과 실을 파악하는 실무를 지원합니다.

결론

벤더 블로그와 응용 참고 사항은 모든 설계에 영향을 주는 다양한 기술 표준과 규정 요건의 세부사항과 문맥을 이해하기 위한 첫 단계입니다. 하지만 규정 준수에 관련한 다차원적인 문제들은 복잡하게 서로 얽혀 있습니다. 자체적인 인력이 없는 경우, 설계 과정 초반에 경험이 풍부한 외부 컨설턴트의 도움을 받으면 규정 준수에 관련한 프로젝트 문제를 최소화할 수 있습니다.

추천 자료:

“CUI IEC 62368-1 준수 전원 공급 장치”

https://www.digikey.com/en/product-highlight/c/cui/iec-62368-1-certified-power-adapter

“IEC 62368-1이 ICT 및 AV 장비를 위한 새로운 안전 표준을 제시합니다!"

https://www.digikey.com/en/articles/techzone/2019/apr/iec-62368-1-is-on-its-way-the-new-safety-standard-ict-av-equipment

“Medical Power Supplies and the IEC 60601-1 Medical Design Standards”

https://www.digikey.com/en/ptm/c/cui-inc/medical-power-supplies-and-the-iec-60601-1-medical-design-standards?pn_sku=102-4276-ND&part_id=7388285

“PUI Audio Speakers & IEC 60601-1-8: How to Choose the Right Speaker”

https://www.digikey.com/en/pdf/p/pui-audio/pui-audio-speakers-and-iec-60601-1-8

“의료용 모니터링에서 경보음을 정상적으로 구현하는 방법”

https://www.digikey.com/en/articles/how-to-properly-implement-audible-alarms-in-medical-monitoring

“Circuit Protection Product Overview”

https://www.digikey.com/en/ptm/l/littelfuse-inc/circuit-protection-product-overview/tutorial

“조용히! 계속 알림을 추가하되 실제로 필요한 알림만 추가하세요."

https://www.digikey.com/en/blog/quiet-please-go-ahead-and-add-your-alerts

“의료용 전력 공급 장치 안전: 궁극적인 AC/DC 도전 과제인가?"

https://www.digikey.com/en/blog/medical-supply-safety-the-ultimate-ac-dc-challenge

“의료 장치, 사용자 및 환자를 보호하는 데 적합한 부품을 선택하여 적용하는 방법”

https://www.digikey.com/en/articles/how-to-select-and-apply-the-right-components-to-protect-medical

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

https://www.digikey.com/en/articles/techzone/2019/dec/the-right-power-supply-to-meet-the-new-iec-ul-iec-62368-safety-mandate

외부 참고 자료

1 – Triad Magnetics. “UL Listed versus UL Recognized”

https://info.triadmagnetics.com/blog/ul-listed-vs-ul-recognized

2 – CUI Inc., “IEC 60601-1-2 4th Edition: What You Need to Know”

https://www.cui.com/blog/medical-60601-1-4th-edition

3 – CUI Inc., “IEC 60601-1 Medical Design Standards for Power Supplies”

https://www.cui.com/catalog/resource/2480

4 – CUI Inc., “Be Prepared for the 4th Edition of the IEC 60601-1 Medical Standard”

https://www.cui.com/news/in-the-news/be-prepared-for-the-4th-edition-of-the-iec-60601-1-medical-standard

5 – Minntronix, “Calculating Creepage and Clearance Early Avoids Design Problems Later”

https://www.minntronix.com/application/files/2914/5948/1301/CreepageandClearance.pdf

6 – Tempo Automation, “Understanding PCB Creepage and Clearance Standards”

https://www.tempoautomation.com/blog/understanding-pcb-creepage-and-clearance-standards/