JP6491608B2 - 伝導妨害波測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、装置から発する伝導妨害波を測定、評価するための試験装置に関する。

電気電子装置や通信装置は、装置の電源ポートから外部へ伝導して放射され妨害波による、他機器への影響を評価することを目的に、装置から発する伝導妨害波を測定する試験（伝導性エミッション試験）が行われる。伝導性エミッション試験の方法等は、ＩＥＣ、ＣＩＳＰＲ等の国際規格において規定されている。

伝導性エミッション試験では、測定対象装置（EUT: Equipment Under Test）、対向装置(AE: Auxiliary equipment)、測定装置をインピーダンス安定化回路（LISN: Line Impedance Stabilization Network）に接続し、測定対象装置から発せられる評価対象となる周波数の妨害波を測定する。LISNは測定系の電源線のインピーダンスを安定化させ、再現性の高い測定を行うために設置されるもので、測定対象装置の出力レベルに応じた耐電圧、対電流レベルの回路構成のものを用いる。

従来の伝導性エミッション試験では、電源インピーダンス安定化回路網（LISN: Line Impedance Stabilization Network）、または、擬似電源回路網（AMN: Artificial Mains Network）が用いられる。これらＬＩＳＮ等は、ＣＩＳＰＲ１６の規定に従い、測定対象装置（EUT: Equipment Under Test）の電源ポートに接続されるＡＣ系／ＤＣ系の電源線における、９ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯におけるインピーダンス特性（絶対値、位相）を模擬しており、測定時の電源線のインピーダンスを安定化させる役割を持つ。このため、ＬＩＳＮ等を用いることで、再現性の高い測定が可能となる。

ＬＩＳＮ等は回路構成として大きく分けて二つに分類でき、一つは装置の単相交流電源線または三相交流電源線（またはＮ／Ｐ直流電源線）の各線とアースの間の電圧である「一線対地電圧」を測定するＶ型回路網（以降Ｖ−ＬＩＳＮとする）であり、もう一つは各線間の「平衡電圧（ディファレンシャルモード電圧）」、及び「不平衡電圧（コモンモード電圧）」を分離して測定するデルタ型回路網（以降Ｄ−ＬＩＳＮとする）である。

近年では、インバータ等の電力変換回路を内蔵する装置（以下、電力装置）の普及が著しく、これら装置は、国際規格内では測定法（２ｋＨｚ〜９ｋＨｚ）・許容値（２ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚ）共に未規定の周波数帯を含む、３０ＭＨｚ以下の周波数帯において広帯域な妨害波を発生させることが知られており、周辺機器への電磁干渉が報告されている（非特許文献１参照）。これを受けて、４００Ｗ程度の小容量電力装置を対象として、２ｋＨｚ〜９ｋＨｚの周波数帯における妨害波測定回路も提案されているが（非特許文献２参照）、将来的には、測定可能な容量の増大が見込まれる。その場合にはＬＩＳＮ回路の大容量化が必要となる。

田島他, "30 MHz以下の通信EMC故障と対策, "信学誌, Vol.97, No.6, pp.455-pp.460, 2014 中村他，"9kHz 以下の妨害波と低速伝送信号への影響の検討，" 信学総大，B-4-46, 2015

図１に、一般的なＶ−ＬＩＳＮの回路構成を示す。Ｖ−ＬＩＳＮは、ＥＵＴ端子１とＡＥ端子２との間の配線上に設けられたインピーダンス調整部５とデカップリング部６と、これらに並列して設けられたスイッチ部４とを備えて構成されている。インピーダンス調整部５およびデカップリング部６は、それぞれインダクタを用いて構成される。ＥＵＴ端子１とＡＥ端子２とにそれぞれ測定対象装置（ＥＵＴ）、対向装置を接続し、測定端子３にＥＭＩテストレシーバ等に代表されるオシロスコープまたはスペクトラムアナライザー等の測定装置を接続する。スイッチ部４は、配線から妨害波を分離するためのキャパシタＣ１を介して配線と接続されており、スイッチ切り替えにより配線と測定端子３との接続状態を切り替えることによりＥＵＴ端子１からの妨害波を検出している。

図２に２線用測定装置におけるスイッチ切り替えのイメージを示す。２線用測定装置においては、線１と線２とを交互に測定装置に接続して、非特許文献２の図３に記載されたように、周波数−妨害波レベルの特性を評価する。非特許文献２においては、９ｋＨｚ以下の周波数帯をも測定可能な素子定数（ＣＩＳＰＲで提案されている従来回路よりもインダクタンスの大きいインダクタ等）を用いた回路構成が提案されている。

この回路構成では、インピーダンス調整部５におけるインダクタンスを大きく設定しなければならず、さらにＬＩＳＮ回路を大容量化する際は、インダクタの耐電圧及び対電流特性も大きいものでなければならないため、このためインピーダンス調整部５におけるインダクタの巻線は太くなり、寄生するキャパシタの静電容量が大きくなる。このとき、静電容量の大きい寄生キャパシタと、インダクタンスの大きいインダクタによって自己共振が発生する共振周波数は低くなり、測定対象とする周波数帯（３０ＭＨｚ以下）に重複してしまう。これにより、測定対象周波数において、ＥＵＴからみたＬＩＳＮ回路のインピーダンスが急激に小さくなり、伝導する妨害波のレベルが大きくなってしまう。また、スイッチ部における、スイッチ切り替え時に発生する電磁リレーからのノイズが、前述のインダクタの自己共振により、より大きなレベルとなってしまう。

これに加えて、Ｖ−ＬＩＳＮの回路構成がアランバランス（回路の平衡度が低い）であった場合は、測定対象の妨害波がモード変換し、新たな妨害波が発生してしまう。大容量のＥＵＴから発生する妨害波も非常にレベルが高いため、これら妨害波のレベルが大きくなることが十分予測できる。

大容量のＥＵＴは安全性能基準が高いため、自らが発する妨害波以外の妨害波を検知（地絡検知等）した場合は、動作を停止してしまうことから、Ｖ−ＬＩＳＮ回路に起因して発生・増加する妨害波によりＥＵＴの動作が停止してしまうことがあった。ＥＵＴの動作が停止してしまうと、妨害波を測定・評価することができなくなる。

本発明は、上記の課題を解決し、大容量のＥＵＴの動作を停止させず、妨害波を測定することが可能な伝導妨害波測定装置を提案することを目的としている。

上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、複線式の配線を有する測定対象機器のための伝導妨害波測定装置において、前記測定対象機器の前記配線の数に対応する複数の伝導妨害波測定ブロックを備え、前記複数の伝導妨害波測定ブロックの各々は、前記測定対象機器と接続する第１の端子と、前記測定対象機器の対向装置と接続する第２の端子と、前記第１の端子および前記第２の端子との間に設けられたインピーダンス調整部と、前記第１の端子に対して前記インピーダンス調整部と並列に接続されたスイッチ部であって、前記第１の端子と、測定装置が接続される第３の端子との間に直列に接続された抵抗、および、前記抵抗の前記第１の端子側と、グランドとの間に配置されたコンデンサを有する、スイッチ部と、前記インピーダンス調整部の自己共振を抑制する共振対策部とを有し、前記スイッチ部は、スイッチのインピーダンス特性を現実に実装された受動素子で模擬したスイッチ等価部であることを特徴とする伝導妨害波測定装置である。

本発明によれば、例えば、容量の大きい（２ｋＷ以上）電力装置から発生する、２ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯における妨害波を測定する際に、測定回路に起因して発生・増加する妨害波が抑えられ、ＥＵＴの動作停止を防ぐことが可能となり、回路を用いた再現性の高い妨害波測定が可能となる。

一般的なＶ−ＬＩＳＮの回路構成を示す図である。 ２線用測定装置におけるスイッチ切り替えのイメージを示す図である。 第一実施形態の伝導妨害波測定装置の回路構成を示す図である。 共振対策部の構成例を示す図である。 第二実施形態の伝導妨害波測定装置の回路構成を示す図である。 スイッチ等価部の構成例を示す図である。 第三実施形態の二線用の伝導妨害波測定装置の回路構成を示す図である。 第三実施形態の三線用の伝導妨害波測定装置の回路構成を示す図である。

（第一実施形態）
以下、第一実施形態の伝導妨害波測定装置について説明する。図３は、本実施形態の伝導妨害波測定装置の回路構成を示す図である。本実施形態の伝導妨害波測定装置では、本実施形態の伝導妨害波測定装置は図３に示すように、図１に示す単相二線用Ｖ−ＬＩＳＮのインピーダンス調整部５に代えて、インダクタに並列に共振対策部１１を挿入したインピーダンス調整部１０を用いた構成とされる。伝導妨害波を測定する測定手段は、図示されていないが、第３の端子に接続される。共振対策部１１は、インピーダンス調整部１０における自己共振によるノイズを抑制することができる。

図３に示す伝導妨害波測定装置では、例えば、容量が２ｋＷ以上の電力装置が測定対象となる場合に、コンデンサを４０μＦ、インダクタを２５０μＨ、抵抗５Ωに設定することができる。インピーダンス調整部５に設ける共振対策部１１の抵抗値は、例えば１Ωから１０Ωの範囲で、インピーダンス調整部５のインダクタにより生ずる自己共振のレベルに応じて適宜設定される。

図４に、共振対策部の構成例を示す。図４に示す構成は、共振対策部１１としてダンピング抵抗Ｒ１を用いた例であり、共振により生じたエネルギーを、抵抗で消費することにより自己共振によるノイズを抑制している。ダンピング抵抗Ｒ１の定数は用いるインダクタによって決定されるが、例えば２ｋＷ以上の電力装置である測定対象装置（ＥＵＴ）に対しては１０Ω程度が最適であるが、１０Ωに限定されるものではない。

本実施形態の伝導妨害波測定装置によれば、インピーダンス調整部における自己共振により回路から発生する妨害波が抑えられ、ＥＵＴの動作停止を防ぐとともに、妨害波を測定することができる。

（第二実施形態）
第二実施形態の伝導妨害波測定装置について説明する。図５は、本実施形態の伝導妨害波測定装置の回路構成を示している。本実施形態の伝導妨害波測定装置では、本実施形態の伝導妨害波測定装置は図５に示すように、図２に示す単相二線用Ｖ−ＬＩＳＮのスイッチ部４に代えて、インピーダンス特性を受動素子のみで模擬したスイッチ等価部１２を有する。測定対象装置の伝導妨害波を測定する測定手段は、図示されていないが、第３の端子に接続される。二線式の場合、スイッチ等価部１２はそれぞれ測定装置に接続されており、各線について別個の波形を測定することができる。

本実施形態の伝導妨害波測定装置では、スイッチ部が存在しないので、スイッチング時の電磁リレーの発生がない。また、従来の一般的な２線用Ｖ−ＬＩＳＮのように片線ずつの測定ではなく、スイッチ等価部１２を介して両線を同時に（同位相で）測定を実施可能である。同位相で測定した場合は、それぞれの配線について測定した波形を用いて演算処理を施すことが可能となり、加算・減算処理をすることで、測定した電圧をディファレンシャルモード電圧、及びコモンモード電圧に分離することができる。

図６に、スイッチ等価部１２の構成例を示す。スイッチ等価部１２は、スイッチ等価部１２においては、スイッチの接触抵抗Ｒ２、および筐体等との（寄生）キャパシタンスＣ２を用いることができる。インピーダンス調整部５及びデカップリング部６はスイッチ部４（図１参照）の特性も考慮したうえで設計されているため、これらを再設計する必要がない。例えば２ｋＷ以上の電力装置であるＥＵＴに対しては、Ｒ２、Ｃ２はそれぞれ１Ω、１ｐＦ程度が最適であるが、１Ω、１ＰＦに限定されるものではない。

本実施形態の伝導妨害波測定装置によれば、スイッチング時の電磁リレーによるノイズにより回路から発生する妨害波が抑えられ、ＥＵＴの動作停止を防ぐとともに、妨害波を測定することができる。

（第三実施形態）
第三実施形態の伝導妨害波測定装置について説明する。図７は、本実施形態の二線用伝導妨害波測定装置の構成、図８は、本実施形態の三線用伝導妨害波測定装置の構成をそれぞれ示す図である。この実施形態では、２線以上、すなわち複線式のＥＵＴに対する測定を行なうことを想定している。この伝導妨害波測定装置は、第一実施形態、第二実施形態を適用した伝導妨害波測定装置の回路を、対称構成とすることで、ＥＵＴ端子から見た回路の平衡度を高く保ち、モード変換を抑制することを目的とする。

本実施形態の伝導妨害波測定装置によれば、複線式のＥＵＴの伝導妨害波を測定する際に、回路から発生する妨害波が抑えられ、ＥＵＴの動作停止を防ぐとともに、妨害波を測定することができる。

１ ＥＵＴ端子
２ ＡＥ端子
３ 測定端子
４ スイッチ部
５ インピーダンス調整部
６ デカップリング部
１０ インピーダンス調整部
１１ 共振対策部
１２ スイッチ等価部

Claims (1)

1. 複線式の配線を有する測定対象機器のための伝導妨害波測定装置において、前記測定対象機器の前記配線の数に対応する複数の伝導妨害波測定ブロックを備え、
   前記複数の伝導妨害波測定ブロックの各々は、
   前記測定対象機器と接続する第１の端子と、
   前記測定対象機器の対向装置と接続する第２の端子と、
   前記第１の端子および前記第２の端子との間に設けられたインピーダンス調整部と、
   前記第１の端子に対して前記インピーダンス調整部と並列に接続されたスイッチ部であって、前記第１の端子と、測定装置が接続される第３の端子との間に直列に接続された抵抗、および、前記抵抗の前記第１の端子側と、グランドとの間に配置されたコンデンサを有する、スイッチ部と、
   前記インピーダンス調整部の自己共振を抑制する共振対策部と
   を有し、
   前記スイッチ部は、スイッチのインピーダンス特性を現実に実装された受動素子で模擬したスイッチ等価部であることを特徴とする伝導妨害波測定装置。