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トランジェント規格の変更と試験要求への影響

by Nicholas Wright, EMC PARTNER AG

はじめに

IEC 61000-4 シリーズ規格は、電気／電子機器のイミュニティとエミッションの試験の基本的な枠組みを形成する。それらは、欧州連合内で販売される電気／電子製品の CE 適合試験に用いられる EN 規格の基礎である。比較的安定していた時期の後で、基本規格の信頼できる適用を改善し、試験機器と無関係に、また試験がどこで実施されたかにかかわらず同じ結果が得られることを確かとすることが意図された変更が導入されている。これらの変更のいくつかは、試験機器に対する要求に直接的あるいは間接的に影響する。 IEC SC77B は、長年にわたって、 IEC61000-4-x シリーズの規格の作成と更新の責任を負ってきた。それらの基本規格があって成熟しており、進行中の作業は EFT/バースト、サージ、リングウェーブ、そして減衰振動波に関する特定の責任を負うメンテナンス・チーム (MT) 12 に移管されている。低周波現象 (＜ 9kHz) は、依然として、ディップ／停電、高調波及び中間高調波試験、そして伝導性コモン・モード妨害についての責任を持つ SC77A の支援を受けている。

Figure 1

この表で示されている規格は、通常のメンテナンス作業の一部として改訂された。

サージ規格、IEC61000-4-5 は、第2版で、異なる電流定格の結合／減結合回路網 (CDN) を通して印加された時のインパルス性能を見直すように改定された。電気的ファスト・トランジェント現象 (EFT) 規格、 IEC 61000-4-4 は、現在、特に EUT への注入のポイントにおける波形校正の改善のための調査が行われている。

同様に、IEC 61000-4-18 の減衰振動波の校正が精査されており、メンテナンス期限は 2012年であるものの、早期に改訂が発行されるかも知れない。

IEC 61000-4-4 の将来の改訂の理由

少なくとも標準化における時間としては比較的最近、IEC 61000-4-4 [1] は、発生器出力直接でのインパルス検証のために追加の (1kΩ) 校正負荷を導入する変更を受けた。これは EUT への注入点ではないので、それは物語の一部のみを語る。真の注入点は、容量性結合クランプや電源線用結合／減結合回路網 (CDN) にある。 CDN 出力における EFT インパルスをどのように校正するかは、明確に規定されていない。この問題をさらに混乱させるだけとなった、一連の修正が発行された。

他の注入デバイス (容量性結合クランプ) は、一切校正の対象とならなかった。全ての IEC 規格と同様、波形の再現性を改善しようとして、測定の不確かさが導入されるであろう。

EFT CDN 校正手続き

Figure 2

IEC 61000-4-4 第2版 (2004) は、「その波形は、単一の 50Ω 終端を用いて、結合／減結合回路網のコモン・モード出力で検証しなければならない」と規定する。この手法を用いて、発生器を 4kV に設定して、波形が 5ns ±30% の立ち上がり時間と 50ns ±30% の持続時間を持つことが測定されるべきである。付属の図 (Figure 2) は明確とは言えなかった。

Figure 3

その言外の意味は、全ての結合経路を選択し、その出力を同時に検査すべきであるということである。その本文には解釈の余地がある。このため、2007年、 IEC はその状況の明確化のために修正2 (Figure 3) を発行した。

修正2は、それ自身の疑問をもたらした！まず、CDN 出力は一括に短絡され、EFT が全ての経路に同時に印加される。結合経路の１つの問題は、他の結合経路が支配的となるであろうから、この手法では検出されないであろう。その修正は、「全ての出力が機能していることを確かとするために個々の出力を確認する」ことを推奨する。個々の入力の確認への言及はない！さらに、IEC 61000-4-4 ed.2 (2004) に適合するように設計された EFT 発生器が校正に合格するかどうかには、いくらかの疑問があった。

Figure 4

解釈の問題全てを解決するであろう追加の勧告が、現在議論中である。その意図は、個々の出力で個々の出力を独立に検証しながら、全ての経路に同時に結合させることである。これが 77B/595/CDV (2009) の内容である。その規格の変更は、通常であればメンテナンス期限である 2011年よりも前には行われないであろう。だが、その状況の重大さのため、その前にアメンドメントが発行されるかも知れない。 Figure 4 は最新の考えに従った正しい校正方法を示す。この規格の第1版のために設計された CDN の一部が新しい校正基準に適合しないかも知れないことが、既に知られている。

EFT 容量性クランプ校正

Figure 5

IEC 61000-4-4 ed.2 の 6.3章は容量性結合クランプをその機構的な、また電気的な値によって規定しているが、 EFT 波形をどのように検証するかは示していない。これは電源線用 CDN と同程度に重要であり、同じ方法で扱うべきである。発生器 + ケーブル + 結合クランプのチェーン全体を考慮すべきである。容量性結合クランプ内に校正用ケーブルを置き、結合したインパルスを標準的な 50Ω 校正用アッテネータを用いて検証する提案が、 77B/595/CDV で議論されている。

EFT 試験セットアップにおけるケーブル長

多くのケースで見過ごされているポイントの１つは、被試験装置 (EUT) と EFT 発生器のあいだのケーブル長である。これは規格で規定されているものの、「ローカルな変形」が頻繁に用いられている。結合板、EFT 発生器、シールド・ルームの壁、そして接地基準面のあいだの浮遊容量は、試験結果に顕著な影響を持ち得る。そのような影響を最小限とするため、 EFT 発生器は接地基準面上に置いたままとして、低インダクタンスでの接続を行なうべきである。

EFT 試験を必要とする、2つのタイプの EUT があり得る；卓上、そして床置き。 IEC 61000-4-4 の第2版では、試験セットアップは、卓上機器についてはテーブル上に GRP を置いて EUT を 10cm 離さなければならないように、双方の場合について明確に規定されている。【訳註: 第1版と異なり、第2版には卓上の EUT をテーブルの上に置くという明確な要求はないと思われる】床置き機器は同じ方法で扱われるが、明らかに、GRP はテーブルの上にではなく床の上にある。

規格は、さらに発生器と EUT のあいだの距離を 0.5m ±0.05m と規定する。しばしば見過ごされることであるが、双方のケースに同じ結合器で対処するためには、テーブルの高さを 80cm と仮定して、発生器 (CDN) 出力は (床の) GRP の 40cm 上になければならないことを意味する。この場合にのみ、双方のタイプの EUT に同じ試験構成を用いることができる。

測定の不確かさ

全ての IEC 規格と共通することであるが、測定の不確かさの規定の見直しも行われている。現在は、IEC 61000-4-4 の許容幅の規定が満足されていることを言明することで充分である。これは、波形について ±30%、振幅について ±10% を許容する。これは波形が測定されなければならない全ての点 (高圧出力、単相 CDN、そして三相 CDN) に適用されることに留意されたい。余分な経路長とシステム・アーキテクチャは測定された波形の一部を許容限界まで押しやり得る。不確かさの値を適用すれば、許容範囲の外に出るかも知れない。測定の不確かさとガウス分布の議論はこの記事の範囲を超えるが、行われたそれぞれの測定が、我々の管理を超えたランダム効果と測定プローブ・ケーブルやオシロスコープの許容差などの系統的要因に伴う不確かさを含むことを理解することが重要である。

Figure 7

これらは、標準不確かさの値を計算することによって見積もれる。 Figure 7 は、不確かさを考慮しなければならなくなった時、合格と不合格の判断がどのようにグレーゾーンに入るかを図示する。

測定値Aは、明らかに不確かさを含めても振幅の許容差の範囲内にある。測定値Dは明らかに振幅の許容差の範囲外にあり、受け入れられない。例BとCは、測定値が許容限界内にある確率が測定機器の不確かさに依存するグレーゾーンにある。試験技術者は通常は測定を行なう時に不確かさを考慮しないが、そうすることがますます必要となっている。パラメータが許容限界内にあることに確信を持つためには、基本的な発生器波形パラメータは公称値のかなり近くにある必要がある。

参考資料

[1] International Electrotechnical Commission, "Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-4: Testing and measurement techniques - Electrical fast transient/burst immunity test" Ed 2, 2004

これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。

Last update: 2009-11-01