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サンテクノ技術セミナー

サンテクノ技術セミナー. 高周波技術入門 講座テキスト その９ 平成１８年１１月１７日. ９．電磁適合性. 電気機器などが備える電磁的な不干渉性および耐性をいう。電磁両立性とも言う。 電磁的な不干渉性：ある機器の動作によって他の機器の動作を阻害したり、人体に影響を与える一定レベル以上の干渉源となる EMI を生じないこと。 電磁的な耐性：付近にある電気機器などから発生する電磁波などによって、自身の動作が阻害されない EMS を持つこと。 EMI ：電磁干渉 (Electro Magnetic Interference)

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Presentation Transcript

  1. サンテクノ技術セミナー 高周波技術入門 講座テキスト その９ 平成１８年１１月１７日

  2. ９．電磁適合性 • 電気機器などが備える電磁的な不干渉性および耐性をいう。電磁両立性とも言う。 • 電磁的な不干渉性：ある機器の動作によって他の機器の動作を阻害したり、人体に影響を与える一定レベル以上の干渉源となるEMIを生じないこと。 • 電磁的な耐性：付近にある電気機器などから発生する電磁波などによって、自身の動作が阻害されないEMSを持つこと。 • EMI：電磁干渉(Electro Magnetic Interference) • EMS：電磁感受性(Electro Magnetic Susceptibility)

  3. ９．電磁適合性 携帯電話による脳への影響（右図）

  4. ９．電磁適合性 • ＥＭＣ設計 • 近年のＥＭI規制強化と電子機器のマイコン・クロック周波数が高くなる状況では、設計段階でのＥＭＣ設計の盛込みが重要。 • ＥＭＣ設計方法に関しては特に規定化された設計手順書等は無く、設計者各人の能力とノウハウに依存している。

  5. ９．電磁適合性 (1) PCB設計 ポイント • パターンがアンテナを構成していないか。 • 共振周波数の１／４波長の奇数倍で共振（片端接地） • 共振周波数の１／２波長の整数倍で共振（両端接地） • 共振した導体のＱファクターが大きいほど、放射効率は高くなる • 共振した導体の特性インピーダンスが大きい程、放射効率は高くなる • パターンが”見えない結合経路”を構成していないか。

  6. ９．電磁適合性 具体的設計方法 • ＰＣＢ材質の誘電率が大きいものを選び、ＰＣＢ配線の特性インピーダンスを下げる • ＰＣＢ厚みを薄くして、ＰＣＢ配線の特性インピーダンスを下げる • 筐体へのアースポイント数を増やして共振周波数を高い周波数に追いやる • 筐体とＰＣＢの間に誘電体を充填し、筐体からみたＰＣＢグラウンドの特性インピーダンスを下げる

  7. ９．電磁適合性 (2) 部品選定 ポイント • 部品選定基準の第一はその構造・寸法 • 表面実装部品は、外部との電磁的結合が小さい • トランス・コネクター端子・リレー等ＰＣＢ表面から飛び出した構造の部品は、外部との電磁的結合が大きい • インピーダンス素子のＱの最適化 • Ｑが大きいと素子上にＱ倍の高周波電圧（電流）が生じる • ＩＣ等スイッチングデバイスのスイッチングスピード • 不要な高周波エネルギーの発生を抑えるため、必要以上のスイッチングスピードのデバイス使用は避ける

  8. ９．電磁適合性 具体的方法 • ＥＭＣの観点から見ると、使用部品は極力表面実装部品にすべき • 表面実装部品以外の部品を使用する場合 • 抵抗追加によるＱの低下させる • 低Ｑ部品の採用する • 部品配置の工夫する • 高周波シールド付き部品の採用 • IC等は、機能上必要なスイッチング速度以上のスピードを有する部品の採用は控える

  9. ９．電磁適合性 (3)部品配置・プリント配線 ポイント • 通常プリント基板は、電磁シールド効果のある筐体中に置かれるため、主なＥＭＣの伝播経路はコネクタ等の外部インターフェース部である • コネクタは構造上、端子により一度空中に飛出しているため、特性ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽが高く特に結合し易い • ＣＰＵ等のＩＣは、チップの内部配線から電磁エネエルギーを放射するため、まず遠ざける事が先決 • 配線は、基本的にはなるべく短くする

  10. ９．電磁適合性 具体的方法 • 突出部品は、コネクター端子から出来るだけ遠避ける • 距離が取れない場合はシールド板を追加 • ＣＰＵチップは、なるべく距離を置く • 配線は、太く・短く(特性インピーダンスを下げる） • 配線間の結合を最小にするには、互いに直交させるか又はなるべく間隔を大きくする

  11. ９．電磁適合性 (4)筐体設計 ポイント • ＥＭＣに最適化設計されたＰＣＢ単体であっても、ＰＣＢが直接高周波強電界にさらされるモードがある場合は、誤動作・損傷を生じる • 電磁シールドは、基本的には導体でＰＣＢ全体を覆う構造 • 導体は物理的に連続である必要は無く、電気的に連続であれば問題ない • 筐体の「穴」は電磁波の通り道。但し、一般的に使用周波数の１／１０波長以下の場合は無視できる

  12. ９．電磁適合性 具体的方法 • 筐体は、良導体であること • コネクター等の「穴」は最小にすること • 筐体から外部へのグラウンドの長さは最短であるべき • 長さの許容値は当該周波数の１／１０波長以下が目安

  13. R ノイズ電流 ループ ９．電磁適合性 (5)配線設計 ポイント • 低周波*でのケーブルのシールドは、信号回路が1点接地なら1点で接地 　＊）1MHz未満、又はケーブル長が波長の1/20の場合 • 高周波配線ではシールドは、多点接地 多点接地すると

  14. 信号源 受信回路 C1 VS C2 C3 A C VG1 B D VG2 ９．電磁適合性 ・A点で接地： 信号源が非接地のため、全く効果なし ・B点で接地： Vノイズ＝C1/(C1+C2)×(VG2-VG1) ・C点で接地： Vノイズ＝0 ・D点で接地： Vノイズ＝C1/(C1+C2)×VG1

  15. 信号源 受信回路 C1 VS C2 C3 A C VG1 B D VG2 ９．電磁適合性 ・A点で接地： Vノイズ＝0 ・B点で接地： Vノイズ＝C1/(C1+C2)×VG1 ・C点で接地： 受信回路が非接地のため、全く効果なし ・D点で接地： Vノイズ＝C1/(C1+C2)×(VG1+VG2)

  16. 信号源 受信回路 信号源 受信回路 VS ｼｰﾙﾄﾞ付ﾂｲｽﾄ ﾍﾟｱ･ｹｰﾌﾞﾙ VS ｼｰﾙﾄﾞ付ﾂｲｽﾄ ﾍﾟｱ･ｹｰﾌﾞﾙ 信号源 受信回路 VS 同軸ｹｰﾌﾞﾙ 信号源 受信回路 VS 同軸ｹｰﾌﾞﾙ ９．電磁適合性 具体的方法

  17. ９．電磁適合性 シールド効果（50kHzにおける測定例）

  18. 2×10-7RL Rs+RL d＋(OD-OC) d Lt l ９．電磁適合性 誘起電圧の計算 • サージ電流による誘起トランジェント電圧 VL＝　　　　　　 As･l･ln　　　　　　　　･ Rs：被害側のソースインピーダンス[Ω] RL：被害側の負荷インピーダンス[Ω] l：並走長さ[m] d:ケーブル間距離[m] As:サージ電流変化率[A/sec] OD:被害側単線外形寸法[m] CD:被害側単線銅線直径[m] Lt：被害側ツイストピッチ[m]

  19. RL Rs＋RL＋Rw Lt l ９．電磁適合性 誘起電圧の計算 • パルス電流による誘起トランジェント電圧 VL(n) ＝φ(n)･　　　　　　　　　･ Rs：被害側のソースインピーダンス[Ω] RL：被害側の負荷インピーダンス[Ω] Rw：被害側DC抵抗算出値（次ページ計算式による） [Ω] Lt：被害側ツイストピッチ[m] Φ(n)：鎖交磁束算出値（次々ページ計算式による） [A]

  20. 4ρl CD2π ９．電磁適合性 • 被害側DC抵抗算出式 Rw ＝ ρ：被害側単線DC抵抗率[Ω/m] l：並走長さ[m] CD:被害側単線銅線直径[m]

  21. d＋(OD-OC) d ９．電磁適合性 • 鎖交磁束算出式 φ(n) ＝ 2×10-7ω(n)･I(n)･l･ln I(n) ＝2A･T･Pr･ ･ Sin[πf(n)T] πf(n)T Sin[πf(n)τ] πf(n) τ l：並走長さ[m] d:ケーブル間距離[m] OD:被害側単線外形寸法[m] CD:被害側単線銅線直径[m] Lt：被害側ツイストピッチ[m] A：パルス電流[A] T:パルス周期[sec] Pr:パルスレート[pps] τ:パルス立上がり/立下り時間[sec]

  22. RL Rs+RL 8.85×10-12π cosh-1（OD/CD) ９．電磁適合性 • RFノイズによる誘起電圧 VL(n) ＝-　　 ･jω(n)l(OD-CD)(μ0H＋RsCE) C ＝ H ＝ E／120π l：並走長さ[m] OD:被害側単線外形寸法[m] CD:被害側単線銅線直径[m] Rs：被害側のソースインピーダンス[Ω] RL：被害側の負荷インピーダンス[Ω] E：電界強度[V/m]

  23. ９．電磁適合性

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