EMC技術

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(EMCぎじゅつ)

EMC技術とは、電気・電子機器が周囲へ過度な電磁ノイズを発生させず、周囲から電磁ノイズを受けても意図した機能を維持できるようにするための設計・評価技術です。

EMCは「Electromagnetic Compatibility」の略で、日本語では「電磁両立性」と訳されます。機器から外部へ放出される妨害波を抑えることと、外部から侵入する電磁的な妨害に耐えることの両方が必要です。

EMCで考える2つの側面

エミッション

エミッションは、機器から外部へ放出される電磁ノイズです。電源線や通信線を通じて伝わる伝導ノイズと、空間へ放射される放射ノイズがあります。

イミュニティ

イミュニティは、外部から電磁的な妨害を受けても、機器が正常動作を維持する能力です。静電気、雷や電源開閉に伴う過電圧、無線機器からの電波、電源電圧の低下・瞬断などを想定します。

電磁ノイズが伝わる仕組み

EMCの問題を考える際には、「ノイズの発生源」「伝わる経路」「影響を受ける回路」の3点を整理します。

ノイズ源には、スイッチング電源、クロック回路、マイコン、インバーター、モーター、リレー、ソレノイドなどがあります。発生したノイズは、電源線、信号線、接地、空間、筐体の開口部、ケーブルなどを通じて別の回路へ伝わります。

影響を受けやすい回路には、センサの微小信号を扱うアナログ回路、高インピーダンス入力、通信回路、リセット回路、割り込み入力などがあります。

主なEMC対策

回路設計

電源ラインへのフィルタ、デカップリングコンデンサ、フェライトビーズ、コモンモードチョーク、サージ吸収素子などを、対象ノイズの周波数やエネルギーに応じて選定します。

プリント基板設計

部品配置、配線長、電源・グラウンド構成、信号の帰還経路がEMC性能に大きく影響します。高速信号やクロック信号は短くし、アナログ回路とデジタル回路の相互干渉を抑えます。

電源・接地

電源はノイズの入口・出口の両方になります。フィルタ配置、電源容量、配線、保護接地、機能接地を含めて検討します。

筐体・ケーブル

金属筐体はシールドとして機能しますが、開口部、継ぎ目、ケーブル引き込み部などからノイズが出入りする場合があります。ケーブルの種類、シールド処理、コネクタ構造まで含めて設計します。

ソフトウェア

入力信号のチャタリング除去、測定値の妥当性判定、通信データの誤り検出、タイムアウト、再送、ウォッチドッグタイマなどにより、ノイズによる影響を小さくします。

試験と事前評価

代表的な評価には、伝導エミッション、放射エミッション、静電気放電、放射無線周波電磁界、ファストトランジェント／バースト、サージ、電圧ディップ・瞬断などがあります。

試験段階で不適合が判明すると、基板、筐体、フィルタ、配線の大幅な見直しが必要になることがあります。そのため、開発途中で簡易測定や波形確認を行い、問題を早期に把握します。

EMC問題が発生したときの考え方

「特定のモーターが動いたときだけ計測値が変動する」「無線機を近づけたときだけ表示が乱れる」といった条件依存の現象として現れることがあります。

発生源、伝達経路、影響を受ける回路、発生タイミング、再現条件を整理し、電源、信号、通信、接地、ソフトウェアを順に切り分けます。

ハカルプラスのEMC設計

ハカルプラスでは、計測機器、組込み機器、制御盤などの開発において、回路単体ではなく、電源、センサ入力、通信、プリント基板、筐体、外部配線、組込みソフトウェアを含めてEMCを検討します。

制御盤では、PLCや計量コントローラと、インバーター、モーター、リレー、電磁弁などが同じ設備内で使用されます。盤内配置、電源系統、配線経路、接地、シールド処理、負荷側のノイズ抑制などを設備全体で検討します。

よくある質問

Q. EMCとは何ですか？

A. 機器が周囲へ過度な電磁ノイズを出さず、外部からのノイズを受けても意図した機能を維持できる性質と、そのための技術です。

Q. EMCとEMIの違いは何ですか？

A. EMCは電磁的に両立して正常動作できる状態、EMIは電磁ノイズによって生じる妨害を指します。

Q. EMC対策は製品完成後でもできますか？

A. 改善できる場合もありますが、基板、接地、筐体、配線が原因の場合は大きな設計変更が必要です。

Q. 金属筐体に入れれば十分ですか？

A. 継ぎ目、開口部、ケーブル引き込み、接地方法が不適切だと十分な効果を得られません。

Q. ソフトウェアでもEMC対策はできますか？

A. 異常値判定、通信エラー検出、再送、ウォッチドッグなどで影響を小さくできますが、ハードウェア対策との併用が必要です。