EMCの試験計画と主要な成功要因

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電磁両立性 (EMC) 試験は、開発者やプロジェクトマネージャにとって困難な場合があります。社内試験の結果が期待通りになることはめったになく、開発中に追加の障害が発生する可能性があります。これらの予期しない変更により、スケジュールがシフトし、開発コストが増加し、外部の試験後にコストが発生する可能性があります。

一目で分かるEMC試験

EMCは、電気機器が他の機器に耐えられないほどの妨害をもたらすことなく、その電磁環境で適切に機能する能力です。ただし、EMCほど把握が難しいトピックはほとんどありません。電磁波は見たり、聞いたり、感じたりすることができないため、影響を与える要因や構造を特定することが困難です。

パッケージサイズが小さいと、コストと開発時間を削減するという経済的目標と矛盾することが多いため、今日のエンジニアはより複雑な障害に直面しています。このため、妥協が必要になることがよくあります。

迅速に提供するというこの強いプレッシャーは、プロジェクトの最終段階でのみ明らかになるEMCの問題に至ることがよくあります。MPSの目標は、お客様に技術サポートを提供し、将来の技術的課題に備えることです。明確に構造化されたEMC試験開発プロセスにより、これらの問題は簡単に回避できます (図1を参照)。

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図1: 構造化されたEMC試験開発プロセス

要件と試験計画

EMC試験プロジェクトのスケジュールから始めます。スケジュールにより、関係者全員が製品を最終顧客に販売するための目標と要件を確実に知ることができます。製品と業界に応じて、さまざまな要件を満たす必要があります。さまざまなEMC規制に加えて、国際規格と国内規格を満たす必要があります (図2を参照)。

この例は自動車産業であり、車両開発の複雑さには、適切な部品の相互作用を保証する追加の要件が含まれます。自動車業界は、電子部品とサブアセンブリの要件を定義するのに何年も費やしました。制限と試験レベルが標準化され、部品の測定のみに基づいてリスク評価を行うことができます。

ただし、法的要件を満たすだけでは不十分です。ほぼすべての自動車メーカーには、より高い試験レベルと放射制限を備えた独自のEMC要件があります。これらの要件に厳密に準拠することで、通信サービス (ブロードキャストおよびモバイル) とハイパワーエレクトロニクス (電気ブースター、電動列車、車載充電器など) が並行して機能することが保証されます。

EMC試験計画プロセスは、製品がサブアセンブリで構成されている他の業界にもメリットがあります。サブアセンブリの中には、社内で開発されていないものもあります。モジュールが相互接続されたときにすべての制限と試験レベルが満たされるという保証はありませんが、事前に要件を定義することで、このリスクを大幅に軽減できます。

独自の試験計画を開発スケジュールに統合する必要があります。この計画は、開発の最初のフェーズで更新される作業ドキュメントであり、プロジェクトの試験および文書化フェーズの中心的なドキュメントとして機能します。

優れたEMC試験計画は、被試験機器 (EUT) に関するすべての関連情報を定義および文書化します。このドキュメントにより、エンジニアは追加のドキュメントや背景知識がなくても試験を実行できるようになります。試験中の動作モードの定義は、試験のセットアップ(接地、ワイヤーハーネス、ロードボックス、およびソフトウェア構成)と同じくらい重要です。外部のサプライヤーや複数のお客様と協力する企業は、相互に理解されているすべての要件をEMC試験計画に文書化する必要があります。特に購入した部品については、プロセス全体を通じて要件を追跡する必要があります。

EMC試験計画の概念と技術

PCBサイズとケーブルのコネクタ位置は、通常、機械的な制限によって事前に定義されています。ハウジングは、コスト構造、重量、および熱の概念に基づいています。

機械設計には、EMCに細心の注意を払う必要があります。この段階で行われた決定は、後の問題を引き起こす可能性があり、その解決にはレイアウトの再設計または追加のEMC測定の実施という広範な努力が必要となります。

たとえば、スイッチングによってEフィールドとHフィールドが生成されるため、基板上のプラグと機能グループ(スイッチングレギュレータなど)の初期位置は重要です。直接電界結合は、部品 (メインコイルなど) の距離、設計、および高さによって決まります (図3を参照)。

パッケージング、効率、およびコストは、スイッチングレギュレータの開発を推進します。製品は、周波数拡散スペクトルを備えたICや高度に統合された電源モジュールなど、より高いスイッチング周波数で提供されています。

デザインを作成するときは、スイッチング周波数が高いまたは低いことの長所と短所を考慮してください。自動車サプライヤは、1MHz未満のスイッチング周波数で制限されたAM帯域値に準拠することがよくあります。基本周波数、または基本周波数の第1高調波は、この帯域内にあります。さらに、低いスイッチング周波数では、比較的大きな入力フィルタと大きなコイルが必要になる場合があります。

AM帯域を超えるスイッチング周波数 (たとえば2MHz) は、基本周波数と第1高調波がこの帯域外にあるという利点を提供します。入力フィルターやコイルなどの部品は、サイズ、値、およびコストにおいて削減できます。ただし、スイッチング損失の収束、熱上昇、EMCなどの欠点があります。使用するトポロジとテクノロジーを決定するときは、これらのトレードオフを覚えておいてください。

より高いスイッチング周波数の利点 スイッチング周波数が高いことのデメリット
より小さな部品に基づくより小さなパッケージ

より高いスイッチング損失
より高い電磁ノイズ
より費用効果が高い より高い熱上昇

表1: スイッチング周波数の選択

EMC試験計画のレイアウトとレビュー

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この時点で、経験値に基づくリスク評価、可能な技術の分析、購入した部品やサプライヤーの評価を実施します。レイアウトは妥協点 (機械的、熱的、機能的、EMC技術的) で構成されているため、干渉の潜在的な原因と製品の弱点に取り組み始めます。最初の基板を作成する前に、内部または外部のレイアウトレビューが、最適な妥協点を見つけて実装するのに役立ちます。

最初のレイアウトでは、追加のパッドと部品を使用すると、EMC測定中にさまざまな戦術を試すことができます。複数の同時試験により、複雑な結合に関する情報などの結果をすばやく収集できるため、EMCラボでの最初の測定中に基板と組み立てオプションのバリエーションを作成することもできます。事前にどのように計画しても、試験なしで最適な結果を定義することは困難です。

EMC試験と最適化

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システムを試験する前に、考えられるアセンブリと部品の試験結果を検討してください。これらの事前の手順は、製品自体を集中的に扱っており、事前試験で焦点を当てるべきトピックを決定するのに役立つ概観を提供します。すべての試験で、プロジェクトはより透明になり、プロジェクトのリスクが軽減されます。

次に、実際のアプリケーションを使用した最初のEMC試験を実施する必要があります。事前試験は、弱点を早期に見つけるための鍵です。EMC試験計画と同様の製品での経験に基づいて、個々の試験方法を抽出し、事前に確認してください。干渉エミッション測定と耐性測定を組み合わせて実施することをお勧めします。しっかりとした概観と迅速なフィードバックが重要です。試験計画は、EMCラボと協調するためのEMC測定の準備に特に役立ちます。EMCラボから得られる可能性のある結果は2通りあります。

結果1: EUTは要件を満たしていません

この場合、干渉の原因を特定し、最適化した測定値を取得する必要があります。重要なポイントで適切なアセンブリオプションが提供されており、代替部品が含まれている場合は、すぐに最適化を開始できます。測定時間には限りがあります。EMC分析用の自前の機器がない場合でも、試験セッションからできるだけ多くの情報を収集してください。

結果2: EUTは要件に合格

製品がEMC要件を満たしている場合は、最適化の機会があります。コストと結果の間の理想的なシナリオは、多くの場合、複数の測定によってのみ決定できます。

MPSは、設計の初期段階でこれらの問題を解決するために、EMC関連のトピックに関する経験を積み重ねてきました。IC開発、アプリケーションのお客様固有の設計から始まり、検証中、MPSは電力ソリューション市場で存続できる有望なパートナーです。

 

参照 :


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