EMC対策、配属新人にとって先ずやるべきことは・・・

EMC関係の評価及び対策を担当されている方々は、対象機器でEMC上の不具合に出くわした際に、“こういった不具合に対しては先ずはこの対策を”と直ぐに対策方針を即座に立て、不具合処理に着手するでしょう。その方法は少なくとも50%以上の確率で上手く行き、大きな問題に発展させることなく、担当の業務を処理していると思います。これは担当者が過去に対応した対策事例を基に培われた所謂、“勘と経験”が新たなEMC課題に対して功を奏している状況であり、長い期間経験することによりその“勘と経験”は武器となり、いつしか熟練技術者としてリスペクトされる対象になっていることでしょう。

日々新商品を投入している各機器メーカー様ではEMC性能評価として熟練技術者だけではなく、新たに職場に配属された若手や他分野の技術者(EMC分野の新人)もEMC対策の現場に臨まされていることでしょう。EMC対策の経験の少ない新人の方々にとって、EMC課題に出くわした時に不安になることは課題対策として先ず“何をすべきか”、ではないでしょうか?この“何をすべきか”、を思った時に先ずは“基礎や原理から学ばないと”、と思われた方は、真面目な方だと思います。本当にその通りです。ですが、その道のりはご自身の過去の専門分野にもよりますがとても時間が掛かります。高周波回路学や電磁気学はそう簡単に理解できるものではありません。また、市販されているEMC関連のハウツー本が手っ取り早そうに見えたりしますが、実は学術的にあまり適切ではない解説がされているものもあります。

例えば、電磁気学的な理解ができていないMaxwellの方程式の説明とか、電磁波(ノイズ)伝搬の考え方、電流における電荷と電子の概念の違い等、他にも沢山あります。更に残念なのは現在多用されているロジック半導体のCMOSトランジスタに関する知識が乏しいことで、古めの書籍(かつての技術屋さんの記事?)ではバイポーラトランジスタで説明しているものがあったりします。世の中、次から次へと新刊のEMC関連書籍が出てきていますので、選択方法の一つとしてバイポーラトランジスタを使った回路図の記載があったら、その書籍はやめた方がよいでしょう。“回路の動作原理は同じでは”、と言われる方がいるかも知れませんが、電流・電圧の使われ方が異なりますのでEMC対策のやり方も変わります。

それでも、EMC関連のハウツー本等で知識(適正かどうかに関わらず)を得たとしても多分その知識によってEMC課題を解決する上ではあまり役に立たないでしょう。何故ならば、それぞれのEMC課題に対して実際にやるべきことが書かれていないからです。基本的にはハウツー本等での知識を基に実際の活動は“自分で考える”、ということを期待されているからです。

“自分で考える”はどんな仕事でも期待されることですが、EMC関連のハウツー本からでは難しいだろうな、というのが当方の思いです。

当社はPD適用(基礎編・実践編)SD適用(基礎編・実践編・差動編)をEMC関係の方々に、EMC対策・EMC設計で先ずやるべきこととして紹介しております。ユーザーの方々はSimツールを使ってそれらのノイズ低減効果を体験して頂けます。またそれを通してノイズ低減における最低限の知識や気づき・納得感を得てもらうためのセミナーとして“EMC設計 MBDでDX! 技術&学術”を用意しております。更にWDでは回路基板のアートワーク設計で、検討したEMC設計を回路基板上に実践するためのデザインルールを紹介しております。

熟練技術者でも解決に結果として時間を要してしまったEMC対策の経験も30%程度はあったのではないかと思います。その際に感じることとして、やっぱり“EMC課題解決には原理・原則だ”、ということを思うのではないでしょうか?その30%に貢献できるのも当社のセミナーではないかと思っています。

※関連ページ

PD適用に関する技術資料

SD適用に関する技術資料

EMC設計 MBDでDX! 技術&学術

WDに関する技術資料

5. 回路基板におけるEMC設計の実践と検図。当社のWDを提案。

3. 信号ラインのダンピング抵抗、当社のSD適用のSimモデルで抵抗値を設定。

2. ICの電源ライン、パスコン最適化に当社のPD適用。

ESDサージ・雷サージ・・・何が起きているのか、ご存知?

EMC担当で、対象機器の外部からの脅威の耐性(イミュニティ)として、ESDサージや雷サージの試験で手を拱いた経験をお持ちの方は多いでしょう。何か対策を施して試験にかけるといったことを繰り返しても、これといった解決の方向性が見えず、時間だけが過ぎ、担当者としてはただ疲労感だけが蓄積していく、といった窮地に・・・。結構つらい状態です。

こう言った時、対象機器にサージを印加した時に何が生じているのだろう?という疑問を抱いても、やはりそのサージに対する電気的、物理的な技術や知識がないと考察することはできません。でも大抵は対策活動を続けていればいつか“ナントカなる”という信念で頑張られる方が多いでしょう。事実、上司からの“何とかしろ”とのアドバイス(?)の下、何とか解決できたという経験を持つ方も大勢居られるからです。やはり、課題解決には気合も重要な要素かもしれません。

ですがまあ、雷サージ・ESDサージの背景に関しては先ずは当社の“雷サージ試験・電源回路Sim &対策”“ESD試験(IEC64000-4-2)対策”のセミナーを受講することを勧めします。雷サージ・ESDサージ試験の背景を理解する手助けになると思います。

サージとは対象機器への外部からの過大電圧が侵入した際に機器内に生じる異常電圧をサージ電圧及び、それに伴うサージ電流を指します。従って、サージ電圧又は電流を疑似的に印加するのが、雷・ESDの各試験となります。

これらサージ試験に関して、混同したイメージをお持ちの方もいるかも知れませんが、雷サージはESDに比べ、約千倍程度サージが影響する時間(雷サージはマイクロ秒レベル、ESDサージはナノ秒レベル)が長く、ダメージとしてのエネルギーも100万倍以上大きくなります。また試験における雷サージは誘導雷と言われる落雷時に間接的に商用電源線等に生じる影響(大まかな言い方ですが)であって、落雷の直撃ではありません。

また各サージ試験により対象機器の構成部品に対してその性能の劣化・不具合を生じさせることはあっても、通常(特にESDでは)、その部品外観にまで変化(ダメージ)を生じさせる程のエネルギーとはなりません。

こう言ったサージへの耐性設計の方針として、少し解説しますと、対象機器に試験パルスを印加した際に対象機器内に生じる2次的な火花放電を制御することが重要になります。この火花放電の本質は空気のプラズマ(イオン化)状態であって、電気回路的な概念・知識では扱えない現象なのです。これらに関して、もしご興味がありましたら当方のそれぞれのサージ試験に関するセミナー及び、ESD設計技術&学術のセミナーで紹介しております。是非参考にして頂きたいです。

少し話は変わりますが、雷の発生原因や雷発生に伴う様々な現象等については未だ解明されておらず、現在に至ってもいろいろな学説があるようで、業界誌等の絵で紹介されているような、地上側が+、雷雲側が-に帯電して雷発生と言った単純なものでは無いようです。そもそも雷雲から地上への落雷の頻度は雷雲の中だけで生じる雷よりかなり低いのです。最近、宇宙からの光速微粒子(宇宙線)が関係するとの説も注目されたりしています。私としては、雷発生時の光が閃光(稲妻)の成長を助長しているのではないかと考えています。稲妻の閃光は空気のプラズマ(空気(酸素や窒素)分子のイオン化による分子の電子の励起と逆励起の繰り返し)によって生じる光なので、プラズマ化していない周囲の空気を次々と励起(光電効果)していく、所謂連鎖が生じて一連の稲妻が形成されるのではないか、などと。

山登りでは雷ほど怖いものはないのですが、高地になるほど雷は上方からではなく横とか下からくるといいます。雷が来そうなときはできるだけ早めに森林地帯に入れるように事前に行動予定を立てることが重要です。これも雷対策ですかね。

※関連ページ

雷サージ試験・電源回路 Sim & 対策

ESD試験(IEC64000-4-2)対策

EMC設計技術

サージ関連試験での不具合対策は試験パルス印加による2次放電発生も勘案して

雷サージ対策 対策部品は無くてもよい!

最新チャットGPT4o、またEMC設計を聞いてみた

昨年(2023年)4月頃に“チャットGPT 、、、EMC設計に使えるのォ?”を投稿しておりますが、その当時はChat GTP3.0を使用しておりました。最近Chat GTPは著しく進化したChat GTP4o(無料:詳細については関連サイトを参照して下さい)を使用できるようになり、レイによってEMC設計について聞いてみました。尚、使用方法は従来と変わりませんが、応答の速度がとても速く、返答内容も従来よりも最新の情報が反映されているように思いました。AI技術の進化を感じます。

先ずは“EMC設計について教えてほしい”と聞いてみると、、、

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1. ノイズ源の特定と抑制

ノイズ源の特定:回路内でノイズを発生する要因を特定します。例えば、高速スイッチング回路や電源供給回路などが一般的なノイズ源です。

ノイズ抑制:フェライトビーズ、チョークコイル、デカップリングコンデンサなどの部品を使用してノイズを抑制します。また、回路設計の段階でノイズの発生を抑えることも重要です。

2. PCB(プリント基板)の設計

レイアウト:高周波ノイズを発生しやすい回路と敏感な回路を分離し、ノイズが伝わりにくいレイアウトにします。

グラウンドプレーン:グラウンドプレーンを適切に配置することで、ノイズをグラウンドに流し込み、システム全体のEMC性能を向上させます。

信号ラインの配線:信号ラインの長さや経路を最適化し、不要なクロストークを減少させます。

3. シールド

シールドケース:金属製のシールドケースやシールドシートを使用して、外部からの電磁波を遮断します。

シールドケーブル:シールド付きケーブルを使用することで、ケーブルを通じたノイズの伝導を防ぎます。

4. フィルタリング

パワーラインフィルター:電源ラインにフィルターを挿入することで、外部からのノイズを除去し、機器内部から外部へノイズが伝導するのを防ぎます。

シグナルラインフィルター:信号ラインにもフィルターを設置して不要な高周波成分を除去します。

5. 絶縁

ガルバニック絶縁:トランスやフォトカプラを使用して電気的に絶縁し、ノイズが伝わるのを防ぎます。

6. 試験と対策

EMC試験:製品がEMC規格に準拠していることを確認するために、適切な試験を行います。一般的な試験には、放射エミッション試験、伝導エミッション試験、イミュニティ試験などがあります。

問題の修正:試験で検出された問題点を修正し、再度試験を行います。

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・・・等と答えてきます。(返答のコピー)

回答の各項目は、まあ、“当たり前”だなという感じで、“だからそれをどうやってやるのか?”というEMCの現場の担当者であればフラストレーションさえ感じてしまう内容ではないかと思いました。EMCの現場はそれぞれケースバイケースなので先ずはお題目を並べて、各自が詳細な検討するということになるのでしょう。

それは仕方がないこととして、“EMC設計の著名人を教えてほしい”と聞いてみると、外国の方々、更に日本人の方々の名前が出てきました。しかし、私の勉強不足のせいなのでしょう、存じ上げる方々ではありませんでした。EMCの業界は狭いものと思っていましたが、ちょっと残念でした。

更に、“EMC設計イノベーション.comを知っていますか?”、と当社に関する質問をすると最新のChat GTPはちゃんとEMC設計のコンサルの会社であることを回答してくれました。ちょっと安堵しました。調子に乗って更に“EMC設計イノベーション.comの評判は?”、“EMC設計イノベーション.comの注目される技術は?”等を聞いてみると、ちゃんと回答してくれました。その内容についてはこのブログを読んで頂いた皆様で是非ご確認下さい。

*関連ページ

チャットGPT 、、、EMC設計に使えるのォ?

AI、EMC対策にも進出