EMI（エミッション）とは？基本知識や対策の必要性について

デジタル化が進み、私たちの暮らしには数多くの電子機器や電気機器が存在するようになりました。それと同時に、これらの電化製品が発する電磁ノイズが問題視され、EMI対策への需要が高まっています。

そこで今回は、「EMIとは何か？」という基本的な知識から、EMS・EMCとの違い、EMIによる影響、対策の必要性について解説していきます。

また、電磁界解析ソフトウェア「 CST Studio Suite」を使ったEMIの解析事例についてもご紹介していますので、ぜひ最後までご覧ください。

EMI（エミッション）とは？EMIの意味と基本について

EMI（Electromagnetic Interference）とは、電磁波や電磁界が周囲の電子機器に干渉する現象を意味します。EMIはエミッション（Emission）ともいい、日本語では「電磁妨害」「電磁干渉」「電磁障害」といった言葉で表現されます。

また、他の製品に影響を与えるこのような電磁波は「ノイズ」と呼ばれており、製品開発においてはノイズを発生させない対策（EMI対策）が求められます。

EMS（イミュニティ）とは

電磁波や電磁界が電子機器に干渉する、つまり他の電子機器に影響を与える現象がEMIですが、電磁波等の干渉を受ける側の感受性をEMS（Electromagnetic Susceptibility）といいます。EMSはイミュニティ（Immunity）とも呼ばれ、日本語では「電磁感受性」と表現されます。

製品開発においては、ノイズに影響されない対策（EMS対策）が求められます。

EMCとは

EMC（Electromagnetic Compatibility）とは、EMI対策とEMS対策の両方の能力を持つことを指します。日本語では、「電磁両立性」「電磁環境両立性」「電磁適合性」 等と呼ばれています。

EMI（エミッション）の種類とそれぞれの特徴

EMI（エミッション）には、ケーブルや基板配線などを経由して伝わる「伝導エミッション（伝導ノイズ）」と、空間を経由して放射される「放射エミッション（放射ノイズ／輻射ノイズ）」の2種類があります。

また伝導エミッションには、ディファレンシャルモードノイズ（ノーマルモードノイズ）とコモンモードノイズが存在します。

ディファレンシャルモードノイズとは、電源ライン間や信号ライン間に発生し、ノイズが出ていく向きと入ってくる向きが異なるものを指します。一方でコモンモードノイズとは、電源ラインや信号ラインとグランドの間に発生し、同位相のノイズが同じ方向に進み、大地を介してノイズ源に戻るものを指します。

EMI（エミッション）が発生する原因と及ぼす影響とは？

EMI（エミッション）はどのような要因で発生し、どのような影響を及ぼすのでしょうか。ここでは、EMIの発生源や影響について見ていきましょう。

EMIの発生源とは

EMI（エミッション）には、電子・電気機器などを発生源とする人工ノイズと、雷雨などの自然現象を発生源とする自然ノイズがありますが、製品開発においては前者の人工ノイズを抑制する対策を講じていくため、ここでは人工ノイズについてご紹介します。

人工ノイズには、電子機器等を使用する際に副次的に発生するものと、意図的に電波を放射するもの、回路の電磁エネルギーが漏洩するものがあります。

例えば洗濯機や冷蔵庫といった製品は副次的にノイズが発生しますが、スマートフォンや無線LAN、リモコン、ETCシステム等は電磁波を意図的に放射しています。また、テレビやパソコン、電子レンジ等は、使用する際に電磁波が漏れやすい製品となっています。

さらに、これらの現象は電子機器間だけでなく、プリント基板上でも発生します。

EMIが及ぼす影響とは

EMIが及ぼす影響は多岐に渡ります。

ある狭い空間でパソコン・テレビ・電子レンジ・無線LANルーターなどの異なる製品を同時に使用すると、それぞれの電磁波が干渉しやすくなるため、例えばテレビが映らなくなったり、無線LANが繋がりにくくなったりといった事象が発生しやすくなります。

また、異なる製品を同時に使用していなくても、プリント基板上でEMIが発生することで、製品の動作が安定しなかったり、誤動作が起きてしまったりすることがあります。

EMI対策（エミッション対策）とは？

EMIによる影響を抑制するには、ノイズを発生させないことが求められます。

しかし、例えば無線LANは電波でデータの送受信を行う仕組み上、その電波を抑制してしまうと本来の役割を果たすことができません。無線LANにとって必要な電波が、他の製品にとってはノイズになることもあるのです。

つまり、単純に電波をなくせば良いというわけではなく、ノイズは発生するものとして、他の製品に影響が出ないように対策する必要があります。

そして、電子機器などの製品を市場に出す基準となるのが、国や地域で定められているEMI規格（エミッション規格）となります。

EMI規格とはEMIについて守るべきルールのことで、EMSにも同じようにEMS規格（イミュニティ規格）があり、これら二つの規格をまとめてEMC規格といいます。EMC規格には、各国毎に定められた国内規格と、国際的に定められた国際規格があり、これらの規格を満たすために、各メーカーではEMC試験（EMI試験・EMS試験）やEMC対策（EMI対策・EMS対策）を実施することが求められます。

情報処理装置についての国内規格VCCI等のように、自主規制となっている規格もありますが、CISPR規格等のほとんどの規格には強制力があり、国内で製造している国内製品を含め、海外向けの製品は国際規格の引用によってEMI規格を厳格に守っています。

EMI対策（エミッション対策）のポイントと具体例

EMI対策（エミッション対策）の難しいポイントとして、電磁波は人間の目で確認することができず、また寄生成分による共振で特定のノイズのみを測定することが容易ではない点が挙げられます。

そのため、EMIとEMSの両立を目指す製品開発においては、電磁界シミュレーションを活用してノイズ伝搬のメカニズムを明らかにすることが不可欠であり、その結果から不具合が起こり得る箇所を推定して対策を講じていきます。

例えば、昨今のハイブリッド車やEV車では、IGBT・MOS・SiC・GaNなどのパワー半導体で高速スイッチングする傾向にありますが、パワー半導体によるインバーター回路ではスイッチングノイズの発生が避けられません。

そこで、インバーター回路の伝導性ノイズシミュレーションを行ったところ、基板レイアウトで寄生素子が多く存在していると、基板グランドの扱いによっては伝導性ノイズが強く発生するという結果が得られました。このシミュレーション結果は実測で得られたノイズスペクトラムと良い相関性が得られています。

シミュレーションにより、該当の基板レイアウトでは、寄生成分の少ないパターン設計が重要であり、システムグランドと基板グランドとの接続性を考慮することも必要だとわかりました。

インバーター回路試作基板（左）と シミュレーションモデル（右）

解析事例の詳細： CISPR25に基づくインバーター基板の伝導性エミッション解析

「CST Studio Suite」で試作レスの開発を

今回は、EMIとは何か？その概念や基本的な知識、原因と影響、EMI対策（エミッション対策）の必要性と解析事例についてご紹介しました。

EMIについては、回路設計や筐体設計の段階で電磁界シミュレーターを用いることにより事前検討が可能で、試作レスとなり設計開発コストを節約することが可能です。

本サイトでは、今回ご紹介した事例以外にも電磁界解析ソフトウェア「 CST Studio Suite」を使用したシミュレーション事例を多数掲載していますので、ぜひ参考にご覧ください。

EMI（エミッション）の解析事例

株式会社エーイーティーは、30年以上にわたる「 CST Studio Suite」の豊富な実績と経験に基づき、研究・開発業務の立ち上げから運用フローの構築まで、ユーザー様に対して多岐にわたるサポートを提供しています。

導入をご検討中の方に向けて、30日間無料トライアルや簡易版ライセンスのご案内、セミナー動画やイベントを随時開催していますので、お気軽にご利用ください。

電磁波技術のプロフェッショナル 株式会社エーイーティー

株式会社エーイーティーは、電磁波技術をコアとしたスタンフォード大学発のベンチャー企業として、1988年に誕生しました。

先端の解析ソフトウェア製品を中心に、誘電率測定装置をはじめ、小型プラズマ装置、人体電磁波ファントムなど付加価値の高いハードウェア製品をご提供し、また産官学連携プロジェクトを含む研究開発を通じてお客様のご要望にお応えしてまいりました。

当社の持つ高度な専門知識と技術力、幅広いネットワーク、そして独創的な発想力を武器に、価値あるソリューションをご提案致します。

CST Studio Suiteの導入に関するお困りごとやご質問等がございましたら、お気軽にお問い合わせください。