自動車回路のEMIを撃退：専門家による5つの設計ヒント

電気製品は生まれながらにEMI（電磁妨害）を抱えています。電子製品の多機能化は人々の多様な期待に応えますが、同時に一連のEMI問題を生み出し、人々の健康と環境安全を直接脅かします。自動車へのEMI影響は顕著で、車外ラジオ受信機の性能に影響し、車内電子デバイスにも一定程度干渉を及ぼします。したがって、EMIを理解し、自動車回路設計における予防策としていくつかのヒントに焦点を当てることは非常に必要です。

自動車回路におけるEMIの分析

EMI問題は通常電子製品で発生します。電子デバイス、部品、システムの間のあらゆる場所で見られます。EMIは多くの理由から生じますが、その核心はただ一つ、静電気放電（ESD）干渉です。電子回路が静電気によって干渉される要因は2方面にあります：電子回路の不合理な分布パラメータ設計、および回路の安定性を低下させる環境要素、これらが最終的に干渉を引き起こします。

自動車が受けるEMIは主に車載電気デバイスに由来します。伝送モードには伝導と放射があり、干渉源には回路ネットワーク干渉、静電気放電干渉、電磁放射干渉などが含まれます。

• 回路ネットワーク干渉は主に車内電気デバイスに由来します。これらのデバイスは干渉パルス信号を生成し、ネットワーク周辺で電磁波として伝送されることで、周囲のラジオ受信機の正常動作を妨げます。
• 電磁放射干渉は、回路の電源投入/遮断時に生じる突然の変化（パルス）に起因する干渉を指します。特に誘導性・容量性キャリアにおいて、電源投入/遮断の過渡瞬間に突発的に高電圧が発生し、放射周波数も高くなります。このタイプの干渉は車載放射受信デバイスに影響を与えるだけでなく、自動車電気デバイスを様々な程度で損傷させます。

車両に適用されるあらゆる電子制御ユニット（ECU）は、安定した電源供給が提供されない限り正常に動作しません。電源システムで電圧変動が発生すると、電子モジュールは正常な状態で動作できなくなります。

自動車回路設計のヒント

車両がEMIによる異常を被らないよう、EMIを防止または低減し、自動車と車載電子デバイスがスムーズに動作できるよう、いくつかの予防措置を講じるべきです。

ヒント1：電磁伝導干渉を低減する

自動車回路設計における具体的対策は以下の通りです：

• 各回路ループの有効面積を最小化する。
• トランスの漏れインダクタンスによるEMIには、トランスに磁気シールドを実施する。さらに各ループの有効面積を最小化する。
• 深刻なEMIに悩む回路では、二重線で信号を伝送してEMIを低減する。

ヒント2：自動車回路ネットワーク干渉を防止する

• 自動車電気デバイスを接続するリードを短くし、互いに平行または近接させない。
• 合理的なリード配線は回路ネットワーク干渉防止に不可欠な役割を果たす。
• 電源フィルタコンデンサを大容量化し、RCデカップリング回路を追加して回路結合を低減する。

ヒント3：自動車電磁放射干渉を防止する

• R-C-Dネットワーク保護を実施する。
• 干渉源で効果的な過渡妨害対策を講じる。これは容量負荷の電磁放射を低減するだけでなく、容量負荷の接点を保護・制御する。
• 金属シールドを適用する。

現場のあらゆる干渉はシールド手法で防止できます。

• 移動通信の受信周波数帯では、電磁シールドにアルミニウムが通常選ばれる。高周波スキン効果により、電磁シールドは厚くする必要がない。
• 非接触エンジンまたはディストリビュータレス点火システムを採用し、干渉源を排除して電磁放射を低減する。

ヒント4：シールドを実施する

シールドは電磁妨害を防止する効果的な役割を果たします。通常、高導電率材料がシールドとして選択されます。高周波電界シールドの優れた性能は銅やアルミニウムなどの高導電率材料に依存し、低周波磁界シールドの性能は珪素鋼、鉄、ベリリウム合金などの高透磁率材料に依存することが実証されています。火花やアークを発生しやすい機器は金属シールドで覆い、電磁両立性（EMC）への悪影響を排除すべきです。

ヒント5：フィルタリングもEMI制御の効率的手法である

フィルタはEMIを撃退する最も一般的な手法と見なされ、回路経路を通じて直接侵入するEMIに耐えることができます。信号振幅を増加させることが耐EMIの重要な手法であるとまとめられています。弱いセンサ信号の場合、回路を増幅して振幅を増やせば、EMIを大幅に低減できます。

自動車回路のEMIは自動車電子部品に多くの悪影響を及ぼします。自動車寿命を縮めるだけでなく、人々の運転安全性を損ないます。その結果、車載電子部品へのEMI影響を最小限に抑え、自動車の走行安全性と信頼性を確保するため、多数の予防措置を講じることができます。

本記事はPCBCart編集者Dora Yangによって執筆されました。元記事は『Elektronik Industrie Magazine』2017年11月号、74-76ページに掲載されました。

参考資料

• EMI影響を低減する高速PCB配線技術
• 自動車PCBの特性と設計考慮事項
• 自動車PCBメーカー信頼性を判断する5つの実証済み方法
• 自動車電子業界における回路モジュールベースのSMT半田付け信頼性研究
• PCBCartのフル機能PCB製造サービス - 多彩な付加価値オプション
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