JP2015049203A

JP2015049203A - コモンモード伝導妨害波測定装置

Info

Publication number: JP2015049203A
Application number: JP2013182678A
Authority: JP
Inventors: 忍石上; Shinobu Ishigami
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-03-16
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: JP6164643B2

Abstract

【課題】高周波・広帯域でコモンモード伝導妨害波を正確に測定することが可能なコモンモード伝導妨害波測定装置を提供する。【解決手段】単相商用交流を電源インピーダンス安定化手段１０を経て給電部５０から供試装置に供給するコモンモード伝導妨害波測定装置１は、電源インピーダンス安定化手段１０と給電部５０との間に電磁遮蔽体４０を設け、第１内部導体４２ａには第１給電ライン３１ａ，３１ｂを通る電流を流し、第２内部導体４２ａには第２給電ライン３２ａ，３２ｂを通る電流を流し、ディファレンシャルモード電流によって第１，第２内部導体４２ａ，４２ｂに発生する電磁界は互いに打ち消し合うが、コモンモード電流によって第１，第２内部導体４２ａ，４２ｂに発生する電磁界はモノポールアンテナ６０に作用するので、アンテナの対応周波数範囲内でコモンモード伝導妨害波を測定できる。【選択図】図１

Description

本発明は、電気電子機器の電磁両立性試験におけるコモンモード伝導妨害波測定技術であり、特に、３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚのノイズ測定に好適なコモンモード伝導妨害波測定装置に関する。

各種の電気電子機器から出るノイズを抑制し、他の機器から出されたノイズに耐えることのできる機器とするため、ＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility：電磁適合性）対策として国際規格が定められ、種々の適合試験が実施されている。

電気電子機器のケーブルやプリントパターンを伝わる伝導ノイズは、その伝わり方によってディファレンシャルモード（Differential mode）ノイズとコモンモード（Common mode）ノイズに分類される。ディファレンシャルモードノイズは、電源線路間（単相交流においてはＥ線とＮ線との間）で発生し、電源の電流や信号と同じ方向に流れるノイズ成分で、行きと帰りの向きが異なるノイズである。一方、コモンモードノイズは電源線路や信号パターンを同じ方向に流れ、金属フレームや金属ケースのフレーム・グランドを通り、フレーム・グランドと電源線路の間の浮遊容量などを通って信号源に戻ってくるノイズであり、大きな電流ループを形成することから、コモンモード伝導妨害波は大きなノイズ源となる。

ＥＭＣ適合試験として行う電気電子機器のコモンモード伝導妨害波の測定は、ＣＩＳＰＲ２２（EN55022）に基づくもので、インピーダンス安定化回路網が用いられている。インピーダンス安定化回路網は、電源ラインのインピーダンスを一定化するための機能に加えて、ディファレンシャルモードノイズを除去するためのＬＰＦ（Low-pass filter）が設けられ、電流プローブなどでコモンモードノイズを選択的に測定するものである（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００７−２２５４０１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたような従来の電源インピーダンス安定化回路網を使ってコモンモード伝導妨害波の測定を行う場合、電源インピーダンス安定化回路網が全て電気回路素子によって構成されているため、高周波への対応に限界があり、使用可能周波数の上限は３００ＭＨｚ程度に止まる。しかるに、今後のＥＭＣ対策では、より高周波帯（例えば、３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）での正確な伝導妨害波測定が望まれており、既存の電源インピーダンス安定化回路網を用いたコモンモード伝導妨害波の測定手法では、このような要望に応えることはできない。

そこで、本発明は、３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚのような高周波・広帯域でコモンモード伝導妨害波を正確に測定することが可能なコモンモード伝導妨害波測定装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に係るコモンモード伝導妨害波測定装置は、Ｅ線、Ｎ線、接地線からなる単相三線式商用交流の給電部に接続されて電力供給を受け、電源ラインを所要の特性インピーダンスに安定化して商用交流電源から電磁雑音を除去し、Ｅ線もしくはＮ線の何れか一方と各々接続される第１給電ラインおよび第２給電ラインから電磁雑音の除去された電源を供給する電源インピーダンス安定化手段と、前記電源インピーダンス安定化手段の第１給電ラインおよび第２給電ラインを介して供給される電磁雑音の除去された電源を供試装置へ供給する給電部と、前記電源インピーダンス安定化手段と前記給電部との間に設けられ、外部導体で囲んだ筐体の内部に、第１給電ラインに接続される第１内部導体と第２給電ラインに接続される第２内部導体を有する電磁遮蔽体と、前記電磁遮蔽体の内部において、第１内部導体に生ずる電磁界と第２内部導体に生ずる電磁界が均等に作用するように配置した電磁界検出手段と、を備え、前記給電部より供試装置へ電源供給したとき、第１給電ラインを流れるディファレンシャルモード電流で第１内部導体に発生する電磁界と第２給電ラインを流れるディファレンシャルモード電流によって第２内部導体に発生する電磁界が相補的に打ち消し合うことで電磁界検出手段には作用せず、第１内部導体と第２内部導体を流れるコモンモード電流によって発生する電磁界のみを電磁界検出手段によって検出させ、コモンモード伝導妨害波を測定することを特徴とする。

本発明に係るコモンモード伝導妨害波測定装置によれば、電気回路素子を使うことなくディファレンシャルモード伝導妨害波の影響を除去し、コモンモード伝導妨害波を正確に検出できる。しかも、電磁遮蔽体内に配置する電磁界検出手段に応じて検出可能な周波数帯を任意に選択でき、３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚのような高周波・広帯域でのコモンモード伝導妨害波検出に対応可能となる。

本発明に係るコモンモード伝導妨害波測定装置の概略構成図である。

次に、添付図面に基づいて、本発明に係るコモンモード伝導妨害波測定装置の実施形態につき説明する。

コモンモード伝導妨害波測定装置１は、電源インピーダンス安定化手段１０に商用交流１００Ｖ電源を差込プラグ２０から供給し、電源ラインを所要の特性インピーダンスに安定化し商用交流電源からの電磁雑音を除去する電源インピーダンス安定化手段１０を、第１給電ライン３１ａおよび第２給電ライン３２ａを介して電磁遮蔽体４０と接続し、この電磁遮蔽体４０と供試装置に電源供給するための給電部５０を第１給電ライン３１ｂおよび第２給電ライン３２ｂで接続した構造で、電磁遮蔽体４０の内部には電磁界検出手段としてのモノポールアンテナ６０が配置してある。

差込プラグ２０は、例えば、Ｅ線、Ｎ線、接地線からなる単相三線式交流の給電部であるアース端子付きコンセントに接続されるもので、給電系のＥ線に接続される差込口に差込ブレードＬ１が、給電系のＮ線に接続される差込口に差込ブレードＬ２が、給電系の接地線に接続される差込口に差込ブレードＧが各々差し込まれることで、第１配電線２１、第２配電線２２および第３配電線２３を介して商用交流１００Ｖがインピーダンス安定化手段１０に供給される。

電源インピーダンス安定化手段１０は、シールドケース１１内にインピーダンス安定化機能を備え、第１，第２配電線２１，２２を介して供給される電源ラインの特性インピーダンスを例えば５０Ωに安定化する。なお、インピーダンス安定化機能の回路構成は特に限定されるものではなく、例えば、公知既存の電源インピーダンス安定化回路網（疑似電源回路網）と同様の構造でよい。しかしながら、この電源インピーダンス安定化手段１０は、公知既存の電源インピーダンス安定化回路網と異なり、ディファレンシャルモード伝導妨害波となるディファレンシャルモード電流を遮断あるいは減衰させる機能を必要としない。

差込ブレードＬ１からの第１配電線２１は、第１コネクタ１２ａから第１給電ライン３１ａを介して、出込ブレードＬ２からの第２配電線２２は、第２コネクタ１２ｂから第２給電ライン３２ａを介して、電磁遮蔽体４０の一方端側に設けたコネクタＰ１，Ｐ３にそれぞれ接続される。一方、電磁遮蔽体４０の他方端側に設けたコネクタＰ２，Ｐ４にそれぞれ接続される第１給電ライン３１ｂ，第２給電ライン３２ｂは、給電部５０のプラグ受け５１のＥ線差込口と接続された第１コネクタ５２ａ、Ｎ線差込口と接続された第２コネクタ５２ｂとそれぞれ接続される。

電磁遮蔽体４０は、イミュニティ試験で使用されるＴＥＭセル（transverse electromagnetic cell）を用いて構成できる。既存のＴＥＭセルは、同軸ケーブルを拡大して中心導体を平板状の導体（セプタム）にした構造を持つもので、本実施形態における電磁遮蔽体４０も導電性の外部導体で囲んだ筐体４１は、断面が略正方形である四角錐の両側部をテーパ状に絞った形状をなし、その一方端側にコネクタＰ１，Ｐ３、他方端側にコネクタＰ２，Ｐ４を設けてある。電磁遮蔽体４０は全体が遮蔽されており、外部からの電磁界が筐体４１内部に作用することはなく、筐体４１内部で発生する電磁界が筐体４１の外に漏れることもない。

また、電磁遮蔽体４０は、既存のＴＥＭセルとは異なり、筐体４１内に第１内部導体４２ａと第２内部導体４２ｂを備える。この第１，第２内部導体４２ａ，４２ｂは、例えば、既存のＴＥＭセルにおけるセプタムを電流の流路方向に沿って２分割したようなもので、導電面積がほぼ等しい２枚の導電板が若干の空隙を隔てて同一平面状に近接配置された状態である。よって、向きと大きさが等しい電流が第１，第２内部導体４２ａ，４２ｂを同時に流れたとき、両者には同じ電磁界が発生するし、向きが逆で大きさが等しい電流が第１，第２内部導体４２ａ，４２ｂを同時に流れたとき、両者には相補的に打ち消し合う電磁界が発生する。電源電流はＥ線とＮ線で大きさが等しい逆向きの電流となるため、電源電流によって第１，第２内部導体４２ａ，４２ｂに生じる電磁界は打ち消し合う。

上記第１，第２内部導体４２ａ，４２ｂに電流が流れることで発生する電磁界を検出する電磁界検出手段としてのモノポールアンテナ６０（例えば、アンテナ長６０ｍｍ、アンテナ径１０ｍｍ）は、第１内部導体４２ａに生ずる電磁界と第２内部導体４２ｂに生ずる電磁界が均等に作用するように、第１内部導体４２ａと第２内部導体４２ｂの略中央部で、両導体を隔てるギャップ中心から導体配置平面に直交する直線上（図１の紙面に垂直な線上）に配置した。第１，第２内部導体４２ａ，４２ｂに生じた電磁界がモノポールアンテナ６０に作用すると、図示を省略した導体板の電位変化として現れるので、この信号を電磁遮蔽体４０の外へ導いてスペクトラムアナライザ等で記録・解析することにより伝導妨害波を測定できる。

さらに、電磁遮蔽体４０の第１内部導体４２ａの一方端はコネクタＰ１を介して第１給電ライン３１ａと接続し、第１内部導体４２ａの他方端はコネクタＰ２を介して第１給電ライン３１ｂと接続することで、給電部５０のプラグ受け５１のＥ線差込口は電源コンセントのＥ線と連結される。同様に、電磁遮蔽体４０の第２内部導体４２ｂの一方端はコネクタＰ３を介して第２給電ライン３２ａと接続し、第２内部導体４２ｂの他方端はコネクタＰ４を介して第２給電ライン３２ｂと接続することで、給電部５０のプラグ受け５１のＮ線差込口は電源コンセントのＮ線と連結される。

従って、給電部５０のプラグ受け５１に供試装置の差込プラグを差せば、ラインインピーダンスが安定化されて電磁雑音が除去された商用交流１００Ｖの電源が供給され、供試装置の電力消費に応じた電流（装置稼動に伴う諸ノイズを含む）が第１給電ライン３１ａ，３１ｂと第２給電ライン３２ａ，３２ｂを流れることとなる。

このとき、供試装置で発生し電源線路間に流れるディファレンシャルモード伝導妨害波となるディファレンシャルモード電流は、Ｎ線とＥ線が往路と復路の関係となるため、電磁遮蔽体４０の第１内部導体４２ａと第２内部導体４２ｂには、同じノイズ成分を含んだ電流が逆向きに流れることとなる。従って、第１給電ラインを３１ａ，３１ｂ流れるディファレンシャルモード電流で第１内部導体４２ａに発生する電磁界と第２給電ライン３２ａ，３２ｂを流れるディファレンシャルモード電流によって第２内部導体４２ｂに発生する電磁界が相補的に打ち消し合い、第１，第２内部導体４２ａ，４２ｂの表面から大きく膨らむことはなく、電磁界検出手段であるモノポールアンテナ６０には作用しない。

すなわち、本実施形態に係るコモンモード伝導妨害波測定装置１においては、電気回路素子を使った低域通過フィルタ等のディファレンシャルモード電流の遮断あるいは減衰手段を用いることなく、ディファレンシャルモード伝導妨害波を除去できるのである。なお、第１給電ライン３１ａ，３１ｂを流れる電流と第２給電ライン３２ａ，３２ｂを流れる電流が同相ではなく、逆相であった場合は、第１内部導体４２ａもしくは第２内部導体４２ｂに流す電流の向きを逆にして（例えば、図１中、破線で示すように、第１給電ライン３１ａをＰ２に、第１給電ライン３１ｂをＰ１に繋ぎ変えて）、双方に発生する電磁界を打ち消し合わせるように変更すればよい。

一方、供試装置によって電源線路と接地との間で発生するコモンモード伝導妨害波となるコモンモード電流は、Ｅ線とＮ線を同一方向に流れるため、電磁遮蔽体４０の第１内部導体４２ａと第２内部導体４２ｂにコモンモード電流が流れることで生ずる電磁界が相補的に打ち消し合うことはなく、モノポールアンテナ６０に作用することとなる。

すなわち、本実施形態に係るコモンモード伝導妨害波測定装置１においては、電気回路素子を使った低域通過フィルタ等のディファレンシャルモード電流の遮断あるいは減衰手段を用いることなく、コモンモード伝導妨害波を高精度に測定できるのである。

しかも、コモンモード伝導妨害波の測定は、電気回路素子の性能等に依拠しないので、電磁界検出手段によって検出可能な周波数帯で広帯域のコモンモード伝導妨害波を測定できる。例えば、本実施形態のように電磁界検出手段としてモノポールアンテナを用いた場合、公知既存のアンテナ小形化・広帯域化技術を用いれば、アンテナ長３０ｍｍのモノポールアンテナで３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数範囲でコモンモード伝導妨害波の測定を行うことができる。

以上、本発明に係るコモンモード伝導妨害波測定装置の実施形態に基づき説明したが、本発明は、この実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて実現可能な全てのコモンモード伝導妨害波測定装置を権利範囲として包摂するものである。

１コモンモード伝導妨害波測定装置
１０電源インピーダンス安定化手段
１１シールドケース
１２ａ第１コネクタ
１２ｂ第２コネクタ
２０差込プラグ
３１ａ，３１ｂ第１給電ライン
３２ａ，３２ｂ第２給電ライン
４０電磁遮蔽体
４１筐体
４２ａ第１内部導体
４２ｂ第２内部導体
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４コネクタ
５０給電部
５１プラグ受け
５２ａ第１コネクタ
５２ｂ第２コネクタ
６０モノポールアンテナ

Claims

Ｅ線、Ｎ線、接地線からなる単相三線式商用交流の給電部に接続されて電力供給を受け、電源ラインを所要の特性インピーダンスに安定化して商用交流電源から電磁雑音を除去し、Ｅ線もしくはＮ線の何れか一方と各々接続される第１給電ラインおよび第２給電ラインから電磁雑音の除去された電源を供給する電源インピーダンス安定化手段と、
前記電源インピーダンス安定化手段の第１給電ラインおよび第２給電ラインを介して供給される電磁雑音の除去された電源を供試装置へ供給する給電部と、
前記電源インピーダンス安定化手段と前記給電部との間に設けられ、外部導体で囲んだ筐体の内部に、第１給電ラインに接続される第１内部導体と第２給電ラインに接続される第２内部導体を有する電磁遮蔽体と、
前記電磁遮蔽体の内部において、第１内部導体に生ずる電磁界と第２内部導体に生ずる電磁界が均等に作用するように配置した電磁界検出手段と、
を備え、
前記給電部より供試装置へ電源供給したとき、第１給電ラインを流れるディファレンシャルモード電流で第１内部導体に発生する電磁界と第２給電ラインを流れるディファレンシャルモード電流によって第２内部導体に発生する電磁界が相補的に打ち消し合うことで電磁界検出手段には作用せず、第１内部導体と第２内部導体を流れるコモンモード電流によって発生する電磁界のみを電磁界検出手段によって検出させ、コモンモード伝導妨害波を測定することを特徴とするコモンモード伝導妨害波測定装置。