2019年12月17日、Bruce Rose著 - 7分の閲読
経営陣がエンジニアリングチームに、「外部電源は既に規制要件に適合しているのに、なぜシステムに伝導性エミッションや放射性エミッションの試験が必要なのですか?」と尋ねてくることがあるかもしれません。シンプルな回答として言えるのは、電源開発チームが電源を単独でテストしたものと、伝導性エミッションおよび放射性エミッションの特性をテストしたものは、システム全体をテストした場合には異なる、ということです。本記事では、外部電源とシステム負荷を使用するシステムにフェライトビーズを使用して、伝導性エミッションおよび放射性エミッションに関する規制に準拠させる方法について説明します。
電子製品は通常、伝導性エミッションおよび放射性エミッションに関連する少なくとも2つのタイプの信号を有しています。1つの信号カテゴリは、意図された信号、つまり電力信号とデータです。残念ながら、電力信号とデータ信号での意図的な電圧の移行により、電子製品には2つ目のタイプの信号である、意図しないノイズが発生してしまいます。
規制当局は、システム外で伝搬することができるノイズ信号のレベルに制限を設けています。電子放出に関する最も一般的な規制は、米国基準FCC Title 47, Part 15と欧州基準EN55022の2つです。ノイズ伝搬の主な手段は、そのノイズの周波数帯域によって異なります。
ほとんどの低周波数の電磁ノイズは、伝導によって伝播されます。規制上の問題のため、「低周波」とされる電磁信号の範囲は150 Khz~30 MHzとなっています。システム内の伝導体は通常、この周波数範囲での効果的なアンテナとしての役割を果たすには短すぎるため、放射性エミッションは大きな懸念にはなりません。この周波数帯域内では、寄生インダクタのインピーダンスは十分に低く、寄生コンデンサのインピーダンスは十分に高いため、信号が大幅に減衰することなく伝導体に沿って伝番できます。高周波電磁信号(30 MHz以上)については、伝導体に関連する寄生インピーダンスは、伝導信号に顕著な減衰を生成する可能性があります。ただし、電子製品内の伝導体は、そうした周波数において合理的なアンテナとしての役割を果たすのに十分な長さがあり、このため高周波数では放射線がエミッションに関する主な懸念となります。
外部電源は、AC入力電源ラインに沿って電源からノイズが伝導されることを減衰させるために、AC入力回路にディスクリートインダクタとコンデンサを組み込んでいます。内部のPCBは、これらのコンポーネントおよび規制安全性試験に対応するよう設計されています。設計とテストが完了した後に顧客のニーズに対応させて入力フィルタエレメントを変更することは、通常非常にコストがかかります。
外部電源のDC出力回路は、電源の出力でAC信号を減衰させる内蔵シャントコンデンサを採用しています。一部のデザインでは、AC信号をさらに減衰させるためにインダクタを連ねて配することもできます。ただし、最終的な放射性エミッション試験の間、内のフィルタリングがエミッションに関する規制要件を十分に満たしていないケースが認められる場合があります。DC出力ケーブルでは伝導性エミッションのモニタリングはされていませんが、放射性エミッションに対する合理的なアンテナとして機能することができる。過剰な放射性エミッションに対処するためのソリューションの1つとして、DC出力ケーブルに外部フェライトビーズを加え、電源を準拠させることが挙げられます。EMIフィルタリング用に使用されるフェライトビーズは、インピーダンスに対する反応性と抵抗性の両方を提供するように設計されています。反応性インピーダンスは、抵抗性インピーダンスが望ましくない信号に関連する一部のエネルギーを消失している間に、望ましくない信号の伝搬をブロックするのに役立ちます。このビーズは、DC出力ケーブル周辺に物理的にフィットし、懸念される周波数で必要なフィルタリング特性を提供するものを選択します。
電源は、電源設計チームによって伝導性エミッションと放射性エミッションの要件に適合するように絶縁がテストされます。ただし、いったんこの電源を完全なシステムに追加すると、このシステムが同様のエミッション試験に通らないことがあります。完全なシステムがテストに通らない一般的な理由の1つは、DC出力電源ケーブルを通して電源に戻すシステム負荷からのノイズです。DC出力ケーブルにフェライトビーズを追加することは、エミッションを容認可能なレベルまで下げることができる低コストのソリューションです。
電源とシステムの負荷が組み合わさった場合、設計チームはシステム全体で伝導性エミッションおよび放射性エミッションの要件を満たすことができないという問題に直面することがあります。電源やシステム負荷のデザインを変更することは、スケジュールやリソースのコストの点の両方で非常に高価になることが多々あります。電源DC出力ケーブルに配置されたフェライトビーズ(誘導および抵抗インピーダンスコンポーネント)を使用すれば、システム全体で伝導性エミッションと放射性エミッションの要件を満たすことができます。適切なビーズの選択には複数のプロセスが関与するため、システム設計チームと電源メーカーとの間の調整が必要となることがあります。
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