今日の現代社会では、至るところで電子システムが使用されていますが、多くの場合、電磁妨害（EMI）という潜在的な脅威に気づいていません。EMIはさまざまな面で煩わしい問題を引き起こします。例えば、デバイスに悪影響を与える不要な電圧スパイクが発生したり、信号が歪み、頼りにしているデータの精度が低下したり、さらにはデバイスが予期しない動作をして使いにくくなることがあります。特に医療機器のような重要な分野では、患者の健康に直結するすべての数値が正確である必要がありますし、自動車の制御システムのように車がスムーズに動作するためにも、このような妨害は大きな問題です。最近の研究によると、非常に懸念すべき事実が明らかになりました。工業環境での電子機器の故障のうち、驚くべき42%が適切なEMI対策が取られていないことが原因とされています。したがって、この問題を真剣に考える必要があります。
EMIがどれだけの問題であるかが分かったので、それを解決する方法の一つを見てみましょう。専用のインダクタが重要な役割を果たします。これらは電磁誘導の原理に基づいて動作します。これらを、電源ラインや信号経路のための小さなフィルタと考えることができます。特に高周波ノイズに対処するために設計されています。その働き方は非常に興味深いものです。インピーダンス特性によって、周波数に依存する一種の抵抗を作り出します。この抵抗はゲートキーパーのような働きをして、問題を引き起こしている不要な高調波をブロックしながら、同時に必要な信号は問題なく通過させます。これらのインダクタを設計する人々は、より効果的に機能させるために新しい方法を常に開発しています。先進的な設計では、パフォーマンスを向上させるために多重層巻き技術を使用します。これは、ワイヤを複数の層に慎重に巻き上げる技術です。また、最適化されたコア材も使用されます。これらの材質は、最大20Aにも達するトランジェント電流を処理できるように選ばれています。さらに、周囲の温度が変化してもインダクタンス値を安定させることができます。
インダクタがEMIを低減するために重要であることはわかっているので、次の質問は適切なインダクタを選ぶ方法です。EMIを効果的に抑えるためには、インダクタの仕様がシステムの特定のノイズプロファイルに一致していることを確認する必要があります。考慮すべきいくつかの重要なパラメータがあります。その一つが飽和電流定格です。これは通常、動作電流の150% - 200%に設定されます。なぜこれが重要なのでしょうか？もしインダクタが電流を適切に処理できない場合、効率的に機能しなくなります。もう一つの重要なパラメータは自己共鳴周波数です。これにより、インダクタが望ましくない動作を始める周波数が決まります。そして、DC抵抗値もあります。これらの要素すべてがインダクタを選ぶ際に重要です。自動車産業などの一部の業界では、要求される条件がさらに厳しくなります。車に使用される部品は、非常に寒い-40°Cから高温の150°Cまで広い温度範囲で良好に動作する必要があります。それに加えて、信頼性と安全性を確保するために、AEC-Q200の資格基準を満たす必要もあります。
適切なインダクタを選択したら、次は回路設計でそれらを効果的に使用することです。PCBレイアウトにおいてこれらのサプレッションインダクタをどこに配置するかは非常に重要です。部屋の家具を配置してスペースを最大限に活用するようなものです。ノイズ源に近い場所にフィルタリング部品（例えばインダクタ）を配置すべきです。このようなノイズ源にはスイッチングレギュレータやクロックジェネレータなど、多くの電磁妨害を発生させることが知られているものが含まれます。また、インダクタと保護対象の回路間のトレース長をできるだけ短く保つ必要があります。これにより、追加の妨害が導入される可能性を減らすことができます。そして、グラウンディングを忘れないでください。正しいグラウンディング技術を使用することは、不要な電気エネルギーに安全な行き先を与えるようなもので、共通モード干渉を減らすのに役立ちます。500MHzを超えるRFノイズに対処する際には、感度の高いアナログセクションにシールドカバーを被せるという戦略が有効です。これは、これらの部分に防護壁を設置して外部ノイズを遮断するようなものです。
これらの戦略がどれほど効果的であるかを本当に理解するためには、異なる産業界からの実際の事例を見てみましょう。再生可能エネルギーシステムでは、特に三相インバータにおいて、インダクタが適切に指定されると、驚くべきことが起こります。伝導放射が35%減少します。これは、送信される電磁妨害の量が大幅に減少することを意味し、システム全体のパフォーマンスと信頼性にとって非常に良いことです。医療分野では、医療画像診断機器メーカーは大きな改善を見ています。多段式EMIフィルタを実装した後、誤った測定値が60%減少していると報告されています。これは正確な測定値が正しい診断のために必要不可欠であるため、非常に重要です。自動車産業では、Tier 1自動車部品サプライヤーは、CANバス信号の完全性が50%向上しました。彼らはこれを、最適化されたインダクタネットワークを使用して電気自動車の電力配分ユニットで達成しました。これらの事例は明らかに、正しいEMI低減戦略を使用することで、さまざまな産業界で非常に印象的な結果を得られることを示しています。
適切な部品と設計でシステムを構築した後でも、良好なパフォーマンスを維持するために手入れが必要です。定期的なサーマルイメージング検査はそのために非常に有効です。それはまるで、特別なカメラを使って機器の内部を見ているようなものです。これらの検査では、インダクタコアの飽和に関する問題を実際に故障する前に特定できるかもしれません。また、自動監視システムを導入することもできます。これらのシステムは、まるで小さな番犬のようにインダクタンスの変動を見守っています。もしインダクタンスが15%変動した場合、それはその部品が劣化し始めている兆候です。特にダウンタイムが許されない重要な用途、例えば一部の産業や医療の現場では、運転時間に基づいて予防交換間隔を設定することが望ましいです。これにより、装置の寿命を通じてEMI抑圧性能が一貫して保たれるようになります。
ノイズ管理の世界は常に進化しており、非常に興奮を誘う新興技術がいくつかあります。例えば、最近の進歩により、ナノ結晶コア材料が開発されました。これらの材料は驚くべきもので、伝統的なフェライトと比較して透磁率が90%向上しています。これはインダクタの性能にとって非常に重要で、磁界を処理する能力が大幅に向上します。もう一つの面白い技術は、組み込み冷却チャネルを持つ3D印刷インダクタです。これらのインダクタは小さなパワーハウスのようなものです。内蔵された冷却システムのおかげで、40%高い電流容量を処理できます。さらに、AI駆動のシミュレーションプラットフォームもあります。これらのプラットフォームは非常に賢いアシスタントのようなもので、設計段階においてEMIの挙動を92%の精度で予測することができます。これは大きな利点で、最初からより良い設計決定を行うことができ、試作を繰り返しテストや修正を行う回数を大幅に減らすことができます。
EN