製品設計における初期段階でのEMCテストの重要性

2017年12月12日 Bruce Rose

製品設計における初期段階でのEMCテストの重要性

電磁適合性(EMC)テストは、製品設計の過程で重要な部分です。EMC認定は、製品が市場に投入される前にクリアするために必要なハードルで、この設計の要素を正しく理解することが重要です。

しかしその重要性にもかかわらず、排出テストは、製品の設計ライフサイクルの後半まで取り残されることもしばしばあります。これにより、予定されていたプロジェクトの立ち上げ直前という最悪のタイミングで、遅延やコスト超過のリスクがますます高まることになります。

こうした理由から、製品の設計計画の様々な段階でEMC排出テストを構築し、最終段階で大規模な修正を発生させないようにすることがベストと言えます。

EMC(Electromagnetic Compatibility)テストとは何ですか?

EMCテストは、デバイスで発生した放射または伝導性エミッションが他の電子製品に干渉する可能性を最小限に抑えるのに役立ちます。また、他の電磁放射線源の周囲でお客様自身の電子デバイスが期待通り確実に動作するようテストする目的でも実施されます。

伝導性エミッションおよび放射性エミッションを理解する

電磁放射線は、製品から放射される無線周波数(RF)エネルギーです。主なカテゴリは2つあります。伝導性および放射性。

30 MHzまでの周波数では、多くの電子機器のケーブルや導体がアンテナとしてうまく機能しません。放射性エミッションはこれらの周波数ではほとんど問題になりません。しかしながら、これらのケーブルおよび導体は、共用電源または負荷を通してRFエネルギーを伝導し、これらの伝導された放射が他の電子機器を妨害し始める可能性があります。

30MHz以上では、通常、伝導性エミッションは問題になりませんが、導体とケーブルはRFエネルギーを放射する可能性のあるアンテナになり、他の機器と干渉することがあります。

テストの手順と機器は、伝導性エミッションと放射性エミッションの測定では若干異なります。影響を軽減するために使用するフィルターコンポーネントは類似していますが、通常は電気的な値が異なります。

電磁エミッションの基準

米国(FCC Part 15)および欧州(CISPR 22/EN 55022)には電磁放射線に関する個別の基準がありますが、この2つのアプローチは広く「調和化」されています。これは、機器が1つの要件を満たしていれば、通常は他の規格のニーズも満たしていることを意味します。

さらに、伝導性および放射性エミッションに関する個別の仕様があります。米国と欧州の両方の基準では、両方のタイプの排出量の制限が設定されており、電源を含む最終システムに適用されます。

電源によるEMCテスト:知るべきこと

内部実装用に設計された多くの電源は、スタンドアロン製品としてのEMC規制を満たすようにテストされています。設計に準拠した電源を使用すると、システム全体をテストする際にEMCの問題が発生する可能性を最小限に抑えられますが、問題のないライドは保証されません。電源供給の後、ベンダーの推奨する回路設計はこれに対応するのに役立ちます。

ウォールマウントとデスクトップの外部電源も、スタンドアロン製品としての規制を満たすように設計され、テストされています。ただし、電源ユニットと負荷を組み合わせた設計では、完全なシステムをテストしてEMC規制にも適合するようにする必要があります。また、このタイプの電源回路を1つの箱に収納することで、外付け部品を使用したEMCの問題に対応することは、ボードマウントまたはシャーシマウント電源よりも困難になります。

他の点として、ほとんどの電源装置でスイッチングトポロジーが使用されています。これらの供給トポロジーは、電源開発チームによって既に緩和された放射および伝導エミッションを本質的に生成します。さらに、電源装置に負荷を追加すると、システムによってさらにエミッションが排出される可能性があります。これらの不確実性を補うために、電源を投入したときに発生するばらつきを考慮して、電源のテスト結果にマージンを持たせることをお勧めします。

早期のEMCテストが必要な理由

EMCテストがプロジェクト後期まで実施されず残っているのには多くの理由があります。一つは、この種のテストを実施するのは難しいと認識されているためですが、必要な設備とスタッフをすべて装備した専門のラボが用意されています。

もう一つは、電源がEMC問題の主な原因であるという一般的な誤解で、そのため電源装置がスタンドアロンテストに合格した場合は、接続されたシステムもまた合格するという誤解です。実際には、電源は多くの場合原因ではなく、EMC問題の「メッセンジャー」であるため、この方法では機能しません。

さらに、原価要素もあります。生産間近での設計変更は、工程の初期段階の変更よりも費用がかかり、早期スクリーニングテストの費用は本格的な認定テストのコストよりも大幅に低くなります。問題が早期に発見されれば、それを修正する費用は安くなります。

様々なEMCテスト方法

最終テストはキャリブレーションされたテストキットを使用して認定ラボで行う必要がありますが、早期テストには必ずしも多くの機器が必要とされないため、社内で実施することが十分可能です。

伝導性エミッションテストの場合は、適切なスペクトラムアナライザーとラインインピーダンス安定化ネットワーク(LISN)が必要です。放射性エミッションテストは、適切なスペクトラムアナライザーとアンテナで十分ですが、EMCアンテナとテストする機器の間に3m以上の距離を置くことができ、電気的に静かな場所で行うことをお勧めします。

代表的な伝導性エミッションテストの設定を示す図
伝導性エミッションテストのセットアップ
代表的な放射エミッションテストの設定を示す図
放射性エミッションテストのセットアップ

必要に応じて、専用のスタッフによるテストラボで早期のテストを行うこともできます。初期段階のテストにこれらの特殊設備を使用すると、通常費用は非常に低く、特に後期の再設計作業の費用と比較すると大幅に低くなります。さらに、予備テストに必要な短い時間を予約することは、ピーク時以外は比較的簡単です。

実績のあるパートナー

プロジェクトの遅延や予算超過の理由を管理職に説明する必要はありません。EMC問題を設計工程の早期の段階でスキャンすることで、問題の発生を事前に特定し、解決するのに役立ちます。

このタイプのテストは複雑かつ高額で時間がかかるように見えるため、多くの設計者はCUIを始めとする、最終的な認証を含む製品ライフサイクルのあらゆる段階で適切な選択やテストを支援することができる経験豊富な電源ベンダーと提携しています。

役に立つリソース

詳細については、 EMCの考慮事項アプリケーションノートをご覧ください
EMC規制に準拠した当社の AC-DC電源をご覧ください


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Bruce Rose

主席アプリケーションエンジニア

Bruce Rose は、エレクトロニクス業界で長年にわたり、設計、販売、マーケティングを担当し、アナログ回路と電力供給に重点を置いてきました。国際的なワークショップを開催し議長を務め、40以上の技術会議で論文の出版や発表をするなどの職務経験に加え、7件の特許を取得しています。Bruce は自分の仕事はもちろん、家族でハイキング、サイクリング、カヌーを楽しみ、また本格的な模型飛行機にも情熱を注いでいます。

 
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