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。
ノイズを取り扱う時に、どうしてノイズは様々な影響を及ぼすのかという難問にいきつきます。コンセントに現われた雷の急激な電位変化がなぜ遠く離れた回路の誤動作になってしまうのか。今回はノイズの伝搬について考えます。

やっぱり ? 電磁誘導

それで ? イミュニティと電磁誘導がどうしたというのだ。

そうなんです。雷や静電気といったイミュニティの影響を減少させるには、入り口のフィルタリングが重要で、インピーダンス分圧によりノイズレベルを減衰させる旨のお話をしてきました。
フィルターを構成するインダクタンスなどの挙動は電気磁気学で論じられますが、今回は、フィルターで取り切れなかった (十分減衰できなかった) ノイズの影響を考えます。フィルターで減衰したといっても、フィルターの減衰特性を外れた周波数成分を持ったノイズがフィルターを通過してしまうことがあります。また、減衰させる特性の周波数帯であっても入力のノイレベルが高いと、減衰しきれなかったノイズが回路に侵入することになります。
これらのノイズはどのように回路に侵入していくのでしょうか。

回路図で見えない部分

回路図でみると、電源コンセントから侵入 (例えば電源とアース間に印加された落雷によって発生した電位差によるサージ電圧) したノイズはラインからアースを見たときにインピーダンスが低い回路に向かって伝搬していく様子が想像できます。しかし、事は単純ではなく物理的な部品の位置関係や回路基板のパターンの構成に影響を受けます。
この物理構造の伝搬は回路図だけでは見えてきません。ノイズの伝搬は回路上の部品だけではなく実装部品間の位置関係や、パターン間の距離や近接する長さなど、サージ電流の電磁誘導による影響を考慮しなければならないからです。

一方、電磁誘導によりそれぞれの回路が受ける影響は、回路に接続される部品の物性と回路の挙動によりその度合いが異なります。
イミュニティによる挙動を理論的に考えるとは、回路・部品・実装構造といった多方面で解析することが必要です。

パターン間の電磁誘導

電磁誘導と言えば、図2にあるようにこれまで、何度も出てきましたね。
そうです、電流が流れることにより発生した磁束が近接する導体に影響を与え導体に電圧が誘起する現象です。

図2は導体のワイヤーで表現していますが、ワイヤーをプリント基板のパターンに置き換えてみれば同様の現象を表現できることがわかります。

急激な環境変化は健康に悪い説

第4話では落雷についてお話をしました。雷には誘導雷と直撃雷がありましたね。誘導雷はサージつまり高電圧の短時間変化により誘導磁界が生じ伝搬してくるノイズでした。
回路に侵入してくるノイズも特定の周波数を切り出すと急峻な変化を伴った信号と見ることができます。同様というには飛躍しすぎかもしれませんが私たちの心に入ってくる情報も急激な変化であるほどインパクトがあります。

環境の変化も同じように、暑い夏場からの季節の変わり目には風邪をひきやすいだけでなく微妙に『しんどい』といった体調不良が起きやすく (最近は夏バテならぬ秋バテというのもあるとか) 、なんとなく不安感が生まれがちです。冬場の入浴時など、急激な温度変化は『ヒートショック』と呼ばれ身体に大きなインパクトを与え、心筋梗塞など重篤な状態に陥ることがあります。とにかく急激な変化はあまり良い事象に至らないイメージがあります。

日頃、仕事面でもプライベート面でも様々な出来事が起きますし、世の中も良くも悪くもインパクトのあるニュースが多い昨今ですが、できるだけ心穏やかに心身を保つことができるといいですね。

次回はノイズによる影響を検証する方法論について考えます。
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2025年1月号に掲載予定です。