(57)【要約】【課題】パルス幅変調を使用するスイッチング電源のスイッチングノイズのためのイミュニティ試験波形を生成する。【解決手段】本発明の一態様によれば、イミュニティ試験波形生成装置が提供される。イミュニティ試験波形生成装置は、波形生成器を含む。波形生成器は、振動周波数が周期変動する減衰振動の繰り返しである第１の種別の波形と、振幅変調および周波数変調の両方が施された第２の種別の波形とのうち少なくとも１つに基づいて、スイッチング電源のスイッチングノイズのためのイミュニティ試験波形を生成する。【選択図】図１
2018059746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動周波数が周期変動する減衰振動の繰り返しである第１の種別の波形と、振幅変調および周波数変調の両方が施された第２の種別の波形とのうち少なくとも１つに基づいて、スイッチング電源のスイッチングノイズのためのイミュニティ試験波形を生成する波形生成器
を具備する、イミュニティ試験波形生成装置。
【請求項２】
前記第１の種別の波形は、
【数１】
2018059746.tif 000009
で記述され、
ｔは、時刻を表し、
Ｓ１（ｔ）は、ｔにおける前記第１の種別の波形の信号値を表し、
ｎは、０以上の整数を表し、
ΔＴは、前記減衰振動の繰り返し周期を表し、
λは、前記減衰振動の減衰率を表し、
Ｆ０は、前記振動周波数の中心値を表し、
Ｆ１は、前記振動周波数の変動幅を表し、
ｆ１は、前記振動周波数の変動周波数を表す、
請求項１に記載のイミュニティ試験波形生成装置。
【請求項３】
前記第２の種別の波形は、
【数２】
2018059746.tif 000010
で記述され、
ｔは、時刻を表し、
Ｓ２ａ（ｔ）は、ｔにおける前記第２の種別の波形の信号値を表し、
Ａ（ｔ）は、前記第２の種別の波形の振幅変調関数を表し、
Ｆ（ｔ）は、前記第２の種別の波形の周波数変調関数を表し、
ｎは、１以上の整数を表し、
Ａ０は、前記第２の種別の波形の振幅の中心値を表し、
Ａｎは、第ｎの振幅変調項の変動幅を表し、
ｆｎＡは、前記第ｎの振幅変調項の変動周波数を表し、
θｎＡは、前記第ｎの振幅変調項の位相係数を表し、
Ｆ０は、前記第２の種別の波形の中心周波数を表し、
Ｆｎは、第ｎの周波数変調項の周波数変調係数を表し、
ｆｎＦは、前記第ｎの周波数変調項の変動周波数を表し、
θｎＦは、前記第ｎの周波数変調項の位相係数を表す、
請求項１に記載のイミュニティ試験波形生成装置。
【請求項４】
前記第２の種別の波形は、
【数３】
2018059746.tif 000011
で記述され、
ｔは、時刻を表し、
Ｓ２ｂ（ｔ）は、ｔにおける前記第２の種別の波形の信号値を表し、
Ａ（ｔ）は、前記第２の種別の波形の振幅変調関数を表し、
Ｆ（ｔ）は、前記第２の種別の波形の周波数変調関数を表し、
ｎは、１以上の整数を表し、
Ａ０は、前記第２の種別の波形の振幅の中心値を表し、
Ａｎは、第ｎの振幅変調項の変動幅を表し、
ｆｎＡは、前記第ｎの振幅変調項の変動周波数を表し、
θｎＡは、前記第ｎの振幅変調項の位相係数を表し、
Ｆ０は、前記第２の種別の波形の中心周波数を表し、
Ｆｎは、第ｎの周波数変調項の周波数変調係数を表し、
ｆｎＦは、前記第ｎの周波数変調項の変動周波数を表し、
θｎＦは、前記第ｎの周波数変調項の位相係数を表す、
請求項１に記載のイミュニティ試験波形生成装置。
【請求項５】
少なくとも１つのｎについて、ｆｎＡ＝ｆｎＦが成立する、請求項４に記載のイミュニティ試験波形生成装置。
【請求項６】
前記第１の種別の波形の前記減衰振動の繰り返し周期および減衰率、前記第１の種別の波形の振動周波数の中心値、変動幅および変動周波数、前記第２の種別の波形の振幅の中心値、前記第２の種別の波形の振幅変調項の変動幅、変動周波数および位相係数、前記第２の種別の波形の中心周波数、ならびに、前記第２の種別の波形の周波数変調係数、変動周波数および位相係数、のうち少なくとも１つの係数の値を記憶する係数記憶部をさらに具備する、請求項１に記載のイミュニティ試験波形生成装置。
【請求項７】
前記波形生成器は、複数の波形を合成することで前記イミュニティ試験波形を生成し、
前記複数の波形の各々は、前記第１の種別の波形および前記第２の種別の波形のいずれかに該当する、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のイミュニティ試験波形生成装置。
【請求項８】
振動周波数が周期変動する減衰振動の繰り返しである第１の種別の波形と、振幅変調および周波数変調の両方が施された第２の種別の波形とのうち少なくとも１つに基づいて、スイッチング電源のスイッチングノイズのためのイミュニティ試験波形を生成すること
を具備する、イミュニティ試験波形生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、イミュニティ試験において用いられる試験波形の生成に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば通信設備などの電気機器が電気的ストレスに曝された場合に耐えうる能力を評価するために、イミュニティ試験が行われている。従来のイミュニティ試験では、試験信号発生器が例えば図２および図３にそれぞれ示されるような振幅変調波形またはパルス変調波形を出力することが規定されている。
【０００３】
近年、スイッチング電源の普及が急速に進んでいる。スイッチング電源は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を使用する傾向にあるが、パルス幅変調を使用するスイッチング電源のスイッチングノイズの波形は、前述の振幅変調波形およびパルス変調波形のどちらとも全く異なる。故に、従来規定されている試験波形では、パルス幅変調を使用するスイッチング電源のスイッチングノイズについて適切なイミュニティ試験を実施することが困難である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「ＩＥＣ６１０００−４−３  放射無線周波電磁界イミュニティ試験」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、パルス幅変調を使用するスイッチング電源のスイッチングノイズのためのイミュニティ試験波形を生成することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、イミュニティ試験波形生成装置が提供される。イミュニティ試験波形生成装置は、波形生成器を含む。波形生成器は、振動周波数が周期変動する減衰振動の繰り返しである第１の種別の波形と、振幅変調および周波数変調の両方が施された第２の種別の波形とのうち少なくとも１つに基づいて、スイッチング電源のスイッチングノイズのためのイミュニティ試験波形を生成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スイッチング電源のスイッチングノイズのためのイミュニティ試験波形を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るイミュニティ試験波形生成装置を例示するブロック図。
【図２】従来のイミュニティ試験において用いられる振幅変調波形を例示するグラフ。
【図３】従来のイミュニティ試験において用いられるパルス変調波形を例示するグラフ。
【図４】パルス幅変調を使用するスイッチング電源のスイッチングノイズを例示するグラフ。
【図５】パルス幅変調を使用するスイッチング電源のスイッチングノイズを例示するグラフ。
【図６】図１のイミュニティ試験波形生成装置によって生成されるイミュニティ試験波形のベースとなる第１の種別の波形を例示するグラフ。
【図７】図１のイミュニティ試験波形生成装置によって生成されるイミュニティ試験波形のベースとなる第２の種別の波形を例示するグラフ。
【図８】図１のイミュニティ試験波形生成装置によって生成されるイミュニティ試験波形のベースとなる第２の種別の波形を例示するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。尚、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。
【００１０】
（第１の実施形態）  
図１に例示されるように、第１の実施形態に係るイミュニティ試験波形生成装置は、関数形記憶部１０１と、係数記憶部１０２と、波形生成器１０３とを含む。図１のイミュニティ試験波形生成装置は、パルス幅変調を使用するスイッチング電源のスイッチングノイズを模擬するイミュニティ試験波形を生成する。
【００１１】
パルス幅変調を使用するスイッチング電源のスイッチングノイズは、パルス幅変調に伴う特徴的なノイズを含んでいる。具体的には、係るスイッチングノイズは、スイッチングに伴うリンギングノイズ（図４に例示される）、振幅および周波数の両方が周期変動するようなノイズ（図５に例示される）、または、両者の組み合わせのいずれかに大別することができる。
【００１２】
関数形記憶部１０１には、振動周波数が周期変動する減衰振動の繰り返しである第１の種別の波形を記述するための第１の関数形と、振幅変調および周波数変調の両方が施された第２の種別の波形を記述するための第２の関数形とのうち少なくとも１つが格納されている。関数形記憶部１０１は、任意の記憶媒体を用いて実装することができる。この記憶媒体は、光学記憶媒体であってもよいし、磁気記憶媒体であってもよいし、その他の方式の記憶媒体であってもよい。関数形記憶部１０１に格納された第１の関数形および第２の関数形の少なくとも１つが、必要に応じて波形生成器１０３へロードされる。
【００１３】
第１の関数形の一例が下記数式（１）に示される。
【数１】
2018059746.tif 000003
【００１４】
ここで、ｔは、時刻を表し、Ｓ１（ｔ）は、ｔにおける前記第１の種別の波形の信号値を表し、ｎは、０以上の整数を表し、ΔＴは、減衰振動の繰り返し周期（発振間隔）を表し、λは、減衰振動の減衰率を表し、Ｆ０は、振動周波数の中心値を表し、Ｆ１は、振動周波数の変動幅を表し、ｆ１は、振動周波数の変動周波数を表す。
【００１５】
すなわち、上記数式（１）によれば、ΔＴを通じてピーク振幅の出現間隔を調整することができる。また、λを通じて減衰振動の減衰率を調整することができる。さらに、Ｆ０、Ｆ１およびｆ１を通じて振動周波数がどのように周期変動するか、具体的にはどれくらいの範囲をどれくらいの速度で変化するか、を調整することができる。
【００１６】
同様に、第２の関数形の一例が下記数式（２）に示される。  
【数２】
2018059746.tif 000004
【００１７】
ここで、ｔは、時刻を表し、Ｓ２ａ（ｔ）は、ｔにおける第２の種別の波形の信号値を表し、Ａ（ｔ）は第２の種別の波形の振幅変調関数を表し、ｎは、１以上の整数を表し、Ａ０は、第２の種別の波形の振幅の中心値を表し、Ａｎは、第ｎの振幅変調項の変動幅を表し、ｆｎＡは、第ｎの振幅変調項の変動周波数を表し、θｎＡは、第ｎの振幅変調項の位相係数を表し、Ｆ（ｔ）は第２の種別の波形の周波数変調関数を表し、Ｆ０は、第２の種別の波形の中心周波数を表し、Ｆｎは、第ｎの周波数変調項の周波数変調係数を表し、ｆｎＦは、第ｎの周波数変調項の変動周波数を表し、θｎＦは、第ｎの周波数変調項の位相係数を表す。
【００１８】
Ｓ２ａ（ｔ）の波形は、第１，・・・，第ｎ，・・・の振幅変調項の総和によって振幅変調される。但し、実用上は、任意の自然数ＮＡ以上の範囲でＡｎ＝０とすることで、振幅変調項の総数はＮＡ個に制限される。以降の数値例では、ＮＡ＝１とした。
【００１９】
Ｓ２ａ（ｔ）の周波数は、周波数変調関数Ｆ（ｔ）と時間ｔとの積の時間微分を用いて下記のように導出可能である。  
【数３】
2018059746.tif 000005
【００２０】
Ｓ２ａ（ｔ）の波形は、第１，・・・，第ｎ，・・・の非周期的な周波数変調項の総和（２行目の第２項）と、第１，・・・，第ｎ，・・・の周期的な周波数変調項の総和（２行目の第３項）とによって周波数変調される。但し、実用上は、任意の自然数ＮＦ以上の範囲でＦｎ＝０とすることで、周波数変調項の総数はＮＦ個に制限される。以降の数値例では、ＮＦ＝２とした。
【００２１】
上記数式（２）によれば、Ａ０、Ａｎ、ｆｎＡおよびθｎＡを通じて、どのような振幅変調が施されるか、具体的には振幅がどれくらいの範囲をどれくらいの速度で変化するかを調整することができる。また、Ｆ０、Ｆｎ、ｆｎＦおよびθｎＦを通じて、どのような周波数変調が施されるか、具体的には周波数がどれくらいの範囲をどれくらいの速度で変化するかを調整することができる。
【００２２】
なお、非周期的な周波数変調項は時間と共に周波数の変動幅と変動速度が増加する。すなわち、数式（２）によって記述される第２の種別の波形（Ｓ２ａ（ｔ））は、一種のチャープ波形に相当し、同一の波形が繰り返し出現することはない。故に、同一の波形を繰り返し出現させるためには、所望の周期で時間をリセット、具体的にはｔ＝０にする必要がある。
【００２３】
他方で、同一の波形が繰り返し出現するように周波数変調することも可能である。具体的には、上記数式（２）の代わりに、下記数式（３）に例示される第２の関数形が用意されてもよい。
【数４】
2018059746.tif 000006
【００２４】
ここで、ｔは、時刻を表し、Ｓ２ｂ（ｔ）は、ｔにおける第２の種別の波形の信号値を表し、ｎは、１以上の整数を表し、Ａ（ｔ）は第２の種別の波形の振幅変調関数を表し、Ａ０は、前記第２の種別の波形の振幅の中心値を表し、Ａｎは、第ｎの振幅変調項の変動幅を表し、ｆｎＡは、第ｎの振幅変調項の変動周波数を表し、θｎＡは、第ｎの振幅変調項の位相係数を表し、Ｆ（ｔ）は第２の種別の波形の周波数変調関数を表し、Ｆ０は、第２の種別の波形の中心周波数を表し、Ｆｎは、第ｎの周波数変調項の周波数変調係数を表し、ｆｎＦは、第ｎの周波数変調項の変動周波数を表し、θｎＦは、第ｎの周波数変調項の位相係数を表す。
【００２５】
Ｓ２ｂ（ｔ）の波形は、第１，・・・，第ｎ，・・・の振幅変調項の総和によって振幅変調される。但し、実用上は、任意の自然数ＮＡ以上の範囲でＡｎ＝０とすることで、振幅変調項の総数はＮＡ個に制限される。以降の数値例では、ＮＡ＝１、とした。
【００２６】
Ｓ２ｂ（ｔ）の周波数は、第２の種別の波形の周波数変調関数Ｆ（ｔ）の時間微分を用いて下記のように導出可能である。  
【数５】
2018059746.tif 000007
【００２７】
Ｓ２ｂ（ｔ）の波形は、第１，・・・，第ｎ，・・・の周波数変調項の総和によって周波数変調される。但し、実用上は、任意の自然数ＮＦ以上の範囲でＦｎ＝０とすることで、周波数変調項の総数はＮＦ個に制限される。以降の数値例では、ＮＦ＝２とした。
【００２８】
任意のｎについて、ｆｎＡ＝ｆｎＦが成立するように設定すれば、第ｎの振幅変調項および第ｎの周波数変調項の変動周期を一致させることができる。
【００２９】
すなわち、上記数式（３）によれば、Ａ０、Ａｎ、ｆｎＡおよびθｎＡを通じて、どのような振幅変調が施されるか、具体的には振幅がどれくらいの範囲をどれくらいの速度で変化するかを調整することができる。また、Ｆ０、Ｆｎ、ｆｎＦおよびθｎＦを通じて、どのような周波数変調が施されるか、具体的には周波数がどれくらいの範囲をどれくらいの速度で変化するかを調整することができる。
【００３０】
上記数式（３）によれば、第２の種別の波形には、一定周期で同一の波形が繰り返し出現する。仮に、ｆ１Ａ＝ｆ１Ｆ＝４［ｋＨｚ］、ｆ２Ｆ＝０．１［ｋＨｚ］とすると、１０［ｍｓ］毎に同一の波形が繰り返し出現することになる。この繰り返し周期は、非零のｆ１Ａおよびｆ２Ａの逆数（すなわち、周期）の最小公倍数により導出できる。
【００３１】
係数記憶部１０２には、前述の第１の関数形および第２の関数形の少なくとも１つに代入される係数の一部または全部の値が格納されている。係数記憶部１０２は、任意の記憶媒体を用いて実装することができる。この記憶媒体は、光学記憶媒体であってもよいし、磁気記憶媒体であってもよいし、その他の方式の記憶媒体であってもよい。係数記憶部１０２に格納された係数の値の一部または全部が、必要に応じて波形生成器１０３へロードされる。
【００３２】
例えば、係数記憶部１０２には、第１の関数形に代入される係数、具体的には、第１の種別の波形の減衰振動の繰り返し周期および減衰率（例えば、数式（１）のΔＴおよびλ）、ならびに、第１の種別の波形の振動周波数の中心値、変動幅および変動周波数（例えば、数式（１）のＦ０、Ｆ１およびｆ１）の一部または全部の値が格納されてもよい。
【００３３】
ΔＴ＝１［ｍｓ］、λ＝５［１／ｍｓ］、Ｆ０＝５［ｋＨｚ］、Ｆ１＝１［ｋＨｚ］、ｆ１＝０．１［ｋＨｚ］の場合に、図６に例示される第１の種別の波形が得られる。このような波形をベースとすることで、図４に例示されたようなリンギングノイズを含んだスイッチングノイズを模擬することができる。
【００３４】
また、係数記憶部１０２には、第２の関数形に代入される係数、具体的には、第２の種別の波形の振幅の中心値（例えば、数式（２）または数式（３）のＡ０）、第２の種別の波形の振幅変調項の変動幅、変動周波数および位相係数（例えば、数式（２）または数式（３）のＡｎ、ｆｎＡおよびθｎＡ）、前記第２の種別の波形の中心周波数（例えば、数式（２）または数式（３）のＦ０）、ならびに、前記第２の種別の波形の周波数変調係数、変動周波数および位相係数（例えば、数式（２）または数式（３）のＦｎ、ｆｎＦおよびθｎＦ）の一部または全部の値が格納されていてもよい。
【００３５】
例えば、数式（２）のＡ０＝１．０、Ａ１＝０．６、ｆ１Ａ＝ｆ１Ｆ＝４［ｋＨｚ］、θ１Ａ＝θ１Ｆ＝θ２Ｆ＝０［ｒａｄ］、Ｆ０＝２０［ｋＨｚ］、Ｆ１＝０．５［ｋＨｚ］、Ｆ２＝１［ｋＨｚ］、ｆ２Ｆ＝０．１［ｋＨｚ］の場合に、図８に例示される第２の種別の波形が得られる。他方、これらの値を数式（３）に代入すると、図７に例示される第２の種別の波形が得られる。これらの波形の少なくとも１つをベースとすることで、図５に例示された振幅および周波数の両方が周期変動するようなノイズを含んだスイッチングノイズを模擬することができる。
【００３６】
波形生成器１０３は、関数形記憶部１０１からロードされた少なくとも１つの関数形に係数記憶部１０２からロードされた係数を代入することで得られる関数に従って、第１の種別の波形および第２の種別の波形のうち少なくとも１つを生成する。このような任意波形の生成は、例えばファンクジョンジェネレータを用いて実装することができる。波形生成器１０３は、生成した波形に基づいて、スイッチング電源のスイッチングノイズのためのイミュニティ試験波形を生成し、図示されないＥＵＴ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｕｎｄｅｒ  Ｔｅｓｔ）への印加のために出力する。
【００３７】
具体的には、波形生成器１０３は、第１の種別の波形および第２の種別の波形のうちいずれか１つを生成し、生成した波形をそのままイミュニティ試験波形として扱ってもよいし、生成した波形を例えばランダムノイズ、オフセットなどを付加するための所定の波形と合成することでイミュニティ試験波形を生成してもよい。
【００３８】
また、波形生成器１０３は、それぞれが第１の種別の波形および第２の種別の波形のうちいずれかに該当する複数の波形を生成し、生成した波形を合成することで（オプションとして、上記所定の波形をさらに合成することもできる）、イミュニティ試験波形を生成してもよい。複数の波形を合成することで、より複雑なイミュニティ試験波形を形成することが可能となる。同じ種別の波形を複数生成するために、少なくとも１つの係数の値が異なるように複数の係数セットを用意してもよいし、同一種別の波形を記述するための異なる関数形（例えば数式（２）および数式（３））を使用してもよい。
【００３９】
波形生成器１０３は、例えば下記数式（４）に示されるように、第１の種別に属する２つの波形と、第２の種別に属する１つの波形とを合成することでイミュニティ試験波形Ｓ（ｔ）を生成してもよい。
【数６】
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【００４０】
以上説明したように、第１の実施形態に係るイミュニティ試験波形生成装置は、振動周波数が周期変動する減衰振動の繰り返しである第１の種別の波形と、振幅変調および周波数変調の両方が施された第２の種別の波形とのうち少なくとも１つに基づいてイミュニティ試験波形を生成する。故に、このイミュニティ試験波形生成装置によれば、リンギングノイズ、振幅および周波数の両方が周期変動するようなノイズなどを含む、パルス幅変調を使用するスイッチング電源のスイッチングノイズのためのイミュニティ試験に適した波形を生成することができる。
【００４１】
上述の実施形態は、本発明の概念の理解を助けるための具体例を示しているに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図されていない。実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々な構成要素の付加、削除または転換をすることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０１・・・関数形記憶部
１０２・・・係数記憶部
１０３・・・波形生成器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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