内部フィルタおよび外部フィルタ付き、会議クラスA/B EMIエミッション

2021年3月9日 Ron Stull著 - 5分の閲読

システム設計者は購入するAC-DC電源の仕様付けをする際、EMIなどのさまざまな仕様と向き合い、検討する必要があります。幸い、EMI規格は安全規格とは異なり、主に次のような項目によって制限されます。

FCC パート15：米国におけるクラスAおよびB
CISPR 32：国際規格のクラスAおよびB

これらの規格は同一ではありませんがほぼ同じであるため、どちらか一方の規格が充分なマージンを持って満たされている場合、もう一方も合格となるケースが多いです。クラスAは、住宅用を除く、商用、産業用、またはビジネス環境における使用、あるいは一般公共での使用に関連しています。クラスBはより厳格な規格となり、住宅環境での使用に関連しています。コントロールが比較的されていないため、相互干渉の影響を受けやすいものと考えられています。

電源メーカーは通常、EMC規格の1つを単独でテストした場合のその製品の仕様を保証しています。これは出発点としては全く問題ありませんが、完全な製品またはシステムに対しては、法令で定められたEMC認定が適用されます。これは、複数のスイッチング電源、データライン、クロックからの伝導ノイズに寄与するすべてのことをすべて考慮し、この規格で設定された制限値以下となるようにしなければならないことを意味します。電源一台が規格を満たすということは、おそらくACライン・コネクターが統合されており、その他のノイズが低ければ、このシステムは準拠している可能性が高くなります。これはシステム設計者にとっては朗報です。外部フィルタは個別に設計することは難しく、さらにフィルタモジュールを購入するとなるとさらにコストがかかるからです。

モジュールとして製品内部に実装されているAC-DC 電源は、おそらくPCB搭載製品であったとしても、通常シャーシのメインコネクタや中空のリード線へのワイヤー接続があり、ここでEMI測定が行われます。したがってこのケーブルでピックアップがおこり、EMCテストに通らないリスクがあります。ただし、モジュールがEMCに十分なマージンを持って準拠している場合は、接地やケーブル配線が慎重におこなわれているということを考慮すると、その製品も規格テストに合格できると予想されます。

ケーブル配線でピックアップされたEMIの図 — 図1：ケーブル配線でピックアップされたEMI

ただし、内部フィルタなしのAC-DC電源を外部「システム」EMIフィルタと組み合わせて使用することについては、議論があります。たとえば、ピックアップが原因で外部フィルタをインラインに追加したため、内部フィルタ単体ではEMCコンプライアンスを達成できない場合は、ある意味「過剰殺戮」のレベルとなってしまう可能性があります。最悪の場合、2つのフィルタが相互作用し、有害な共振によって一部の周波数で単一フィルタの場合よりも高レベルのEMIが発生することがあります。少なくとも、抵抗損失が過剰に損失することにより、システム効率が低下します。これは、ACインレット付近に外部フィルタを1つ装着することで緩和できます。このフィルタは、実際のシステム負荷を考慮して選択することができます。内部フィルタは、最高の出力負荷、最低のライン電圧、最高温度という最悪のシナリオに対して常に熱的に定格されています。実際のアプリケーションでは深刻度ははるかに低い場合が多く、より小型の低コストな外部フィルタを使用することができます。極端な例としては、N+n構成で複数の電源を使用している場合で、少なくとも1台の電源でアイドル状態が続いているケースが挙げられます。すべての電源にフィルタがなく、一度に実際に電源供給する電源の数に対してのみ定格された外部共通フィルタが使用することができます。

外部EMIフィルタ付き電源とEMIフィルタなしの電源の図 — 図2：外部EMIフィルタ付き電源とEMIフィルタなしの電源

システムのEMIレベルが不可的な効果によって非準拠となる可能性が高いことから、冗長構成であるかどうかに関わらず、システムで複数の電源が使用されている場合はこの問題はさらに悪化し、外部フィルタが必要になり得ます。現在では、少なくとも3つの個別のフィルタ間での相互作用のリスクがあり、特にフィルタが搭載されていない場合、結果として不足減衰になります。さらに、安全クラスI製品では、各フィルタの接地漏出電流が加わり、規制値を超えてしまうリスクがあります。これは、低電力のAC-DC電源を、補助電源として使用する場合でもおそらく問題になることがあり得ます。領出電流を超える「Y」コンデンサの値は、直接は電力に依存しないからです。

電源で外部EMIフィルタとEMIフィルタを使用した図 — 図3：電源での外部EMIフィルタとEMIフィルタ

CUIでは、より汎用性高くご利用いただけるよう、EMIフィルタ付きとEMIフィルタなしのさまざまな電源を提供しています。例えば、PSK-15Wシリーズは、内部フィルタ機能付きPCBモジュールとしてCISPR32クラスB制限を満たしています。この製品はDINレール・マウント・パッケージで提供されています。これはDINレールでテスト測定が行われるEMC適合では特に便利です。範囲はクラスII定格です。ですから、漏出電流が非常に低く、複数の電源の場合でもシステム漏出はほとんど発生しません。

15W AC-DC電源のもう一つの例はVOF-15B シリーズです。これには、クラスBのEMC要件を満たすフィルタ機能が含まれています。このパーツはオープンフレームのPCBマウント型で、本質的に低EMIとなるように設計されています。そのため、コストを抑えるために軽度のフィルタ機能のみが組み込まれています。

この15WPBO-15Cシリーズでは、コスト効率をさらに高めるために内部フィルタ機能を省き、いずれにしてもそこにあるシステムフィルタに依存しています。しかしこの製品は、安全クラスIIと低漏出を維持しながら、追加コンポーネントを最小化することで、必要に応じてクラスB準拠の製品とすることもできます。

全体的な製品のEMC準拠、それが目標です。どこにフィルタ機能が必要なのかをある程度考慮することで、認証やコンポーネントのコストを節約できます。

カテゴリ：基礎、製品の選択、安全性とコンプライアンス

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Ron Stull

電力システムエンジニア

Ron Stullは2009年にCUIに参入して以来、アナログおよびデジタル電源、そしてAC-DCおよびDC-DC電力変換の分野で知識と経験を積み重ねてきました。彼はこれまで、アプリケーションサポート、テスト、検証、設計などの責任者としてCUIのエンジニアリングチームで重要な役割を担ってきました。Ronは、電力エンジニアリング以外では、ギターを弾いたり、ランニングをしたり、アメリカの国立公園をすべて訪れることを目標に妻とアウトドアを楽しんでいます。