Electrical ＆ Magnetic EM上島Lab 代表

上島 敬人

【略歴】
総合家電メーカーにて42年間白物家電...もっと見る 【略歴】
総合家電メーカーにて42年間白物家電の設計開発部門にて下記業務に従事。
《商品設計（電気系）》
　ハードウェア設計・評価：アナログ設計、SW電源、インバーター等
　プリント基板設計：製造性、法規に熟知した実装パターン設計
　品質・信頼性評価：EMC、熱、電気系信頼性評価・対策
　開発マネジメント：FMEA、DR、法規等QMS管理・対内外折衝、VE推進
《電気系開発技術・システム開発》
　CAD/PDMを中心としたシステム開発・運用
　CAE：電磁界シミュレーションを活用したEMC検証、対策

【取得資格】
　iNARTE EMC Design Engineer

皆様こんにちは、ＥＭ上島Lab　上島です。
イミュニティによる商品の誤動作や回路部品の破壊などを『イミュニティ現象』と呼ぶことにします。イミュニティ現象を引き起こすノイズはその発生源により、様々な性質 (特性) を持っています。イミュニティ現象を引き起こすノイズをここでは『イミュニティノイズ』と呼ぶことにします。

イミュニティ対策をしなかったら何が起きるか

イミュニティノイズは商品の構成や回路の構成により、電子回路内部深く侵入していくことがあります。そして、イミュニティノイズの性質により結果として様々な状態を起こします。
大きなエネルギーを持ったイミュニティノイズが電子回路に侵入した場合、回路内に意図しない電位差が発生することがあります。この意図しない電位差が特定の回路あるいはデバイスの回路端子に発生するとその部位、機能に応じた挙動を起こします。

例えば、半導体デバイスであるFETのゲート－ソース間にデバイスの動作電位以上の電位が発生すると、デバイスは設計意図に反して動作してしまうかもしれません。
ゲートに絶対最大定格を超える電位が発生した場合は、デバイスの破壊に至ります。

また、意図しない回路の動作は製品の誤動作や故障に繋がります。
意図しない回路の動作 (誤動作) の例を挙げます。誤動作した回路の先に高電力を利用する回路がある場合、高電力回路に設計以上の負荷がかかり、高電力回路の破壊に至る可能性があります。図1 (a) はインバーター回路の事例です。正常な動作時 (b) では6個のデバイスがプログラムされた順序でON/OFFして電流を流し、回転磁界を発生させることでモーターを回します。
イミュニティノイズにより意図しないタイミングでデバイスがONする (c) では、過大電流が流れデバイス破壊をもたらす危険があります。

a) 3相モーター回路

b) 正常な動作

c) 誤動作の瞬間

さらに、誤動作した回路の先に、製品の駆動部分 (ミキサーなどの回転構造を動作させるモーターやヒーターなどの発熱体) がある場合には、最悪お客様に危険が生じるかもしれません。
このように、誤動作した回路そのものではなく、その先にある機能に不具合を生じさせ結果的にお客様に不利益をもたらすことになります。これを『有害』な事象として捉えています。

結局のところ対策は必要でしょ

お客様に不利益が生じれば、商品の供給 (製造) もとである、皆様メーカー (のエンジニア) もお客様へのフォローや、起きてしまった『有害』事象が再発しないような防止策を求められることもあるでしょう。
最近ではSNSなどで商品やメーカーの評価がすぐに拡散する時代です。もしかしたら、メーカーのシェアに影響するかもしれません。

このように、お客様に不利益な状態を放置することは『有害』なのです。
意図しない挙動により製品が正しく動作しなかったり、デバイスの破壊により製品の故障につながったり、最悪誤動作による発火・発煙などお客様にご迷惑をおかけすることになることを考えると、対策はしておいた方が良いレベルではなく、事前 (設計) 対策は必ず必要な事だと思います。

摩訶不思議なイミュニティ

私が現役のエンジニアだった頃のことです。
とあるお客様のところで、商品が誤動作・故障を繰り返す原因不明の出来事がありました。
サービス部門から何度訪問して修理や商品交換しても解決せず、お客様もお怒りの状態でそろそろエンジニアの出番 (当時、サービス部門で解決できないと、開発部門からエンジニアがかり出される習慣？があり、私もよくお客様のお宅にかり出されていました) というころ。
該当の商品だけではなく、他の商品 (他社製) や機械類 (お客様宅は工場併設でした) が誤動作するなど、どうも該当商品の課題ではないのではないかということになり、どこかの大学が調査にのりだすなど、新聞にも載ったほどでした。
結局、原因究明にいたってはないのですが、当時の新聞には『併設工場付近にプラズマが発生し、近傍の電気製品が故障にいたっている』といった記事が載っていたと記憶しています。そのうち現象がなくなったのか話題にならなくなっていました。
ターミネーターでもあらわれたら、ミョーに納得したかもしれませんね。
イミュニティは摩訶不思議な現象でもあります。

次回、第4話ではイミュニティノイズの事例として、雷サージを取り上げます。
最後までお読みいただきありがとうございました。

次回は11月号に掲載予定です。