IEC 61000-4-4 の概要 — EFT/B (電気的ファスト・トランジェント/バースト) 試験の方法

IEC 61000-4-4 の概要 — EFT/B (電気的ファスト・トランジェント/バースト) 試験の方法
株式会社 e・オータマ 佐藤智典

2024 年 8 月 8 日

目次

概要

11

概要
1.1 背景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1
12

試験機器
2.1 試験発生器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 CDN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 容量性結合クランプ . . . . . . . . . . . . . .

2223

校正
3.1 試験発生器の校正 . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 CDN の校正 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 容量性結合クランプの校正 . . . . . . . . . . .
3.4 使用機器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1 オシロスコープ . . . . . . . . . . . .
3.4.2 校正用負荷 . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 不確かさ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

44456666

試験
4.1 試験機器の確認 . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 試験条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 妨害の結合の方法 . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 電源ポート . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2 信号/制御ポート . . . . . . . . . . . .
4.3.3 接地端子 . . . . . . . . . . . . . . . .

6661010
11
111.1

参考資料

11

ング・アーク (showering arc)」として知られている

345IEC 61000-4-4 は接点による電力の開閉によって生じるような過渡妨害に対するイミュニティの評価のための試験法を定めた規格の 1 つで、電子機器の評価のために広く用いられている。
本稿では、この規格の本稿の執筆の時点での最新版である IEC 61000-4-4:2012[1] について解説する。
なお、本稿は規格の内容全てをカバーするものではなく、また正確であるとも限らないので、規格についての正確な情報は規格そのもの [1] を参照していただきたい。

背景

スイッチ、リレー、コンタクタなどの接点で電力を遮断する際、次のような現象に伴って「シャワリ断続的な放電を発生することがある (図 1):[3]1. 接点が開き、その箇所で電流が遮断される;
2. 電流の経路のインダクタンスを流れる電流はそのまま流れ続け、これは接点間電圧を上昇させる;

3. 接点間電圧が放電開始電圧に達すると接点間で放電を生じる;

4. これは接点間電圧を急激に低下させ、それに伴って放電は速やかに停止する;

5. 再び接点間電圧の上昇が始まる;
6. 接点間電圧が再び放電開始電圧に達すると放電を生じるが、接点のギャップが拡がっていることから放電開始電圧は先よりも高くなる;1

IEC 61000-4-4 の概要 — EFT/B (電気的ファスト・トランジェント/バースト) 試験の方法

7. このサイクルは、接点のギャップが大きくなり、あるいはインダクタンスに蓄えられていたエネルギーが消散し、接点間電圧が放電開始電圧に達さなくなるまで繰り返される。

Ԇ؉ԉअ؉‫܅‬V

図 2: 単相電源用 CDN を内蔵した複合イミュニティ試験器の例 (写真は EMC Partner 社の厚意による)(̆ԉԉ༅ค؆)で図 3と表 1に示すような妨害を発生するものであ̆ԉ؉‫܅‬る。
試験発生器の設定電圧は開放回路でのピーク電圧tで表現されているが、出力インピーダンスは 50 Ω

図 1: シャワリング・アークの発生のイメージ

で、表 1に示すように 50 Ω 負荷時の出力電圧の基準値は設定電圧の 0.5 倍、1000 Ω 負荷時の出力電圧の基準値は設定電圧の 0.9524 倍†3 となる。

†1

これは、接点間に放電を生じた時の激しい事象に伴い、立ち上がりが早く (典型的には 10 ns 程

パルスの繰り返し周波数は IEC 61000-4-4:1995

度以下) 振幅の大きい (低圧では典型的には kV のでは 5 kHz (4 kV では 2.5 kHz) が用いられていたオーダーの) パルスのバーストを発生し、これがそが、IEC 61000-4-4:2004 や IEC 61000-4-4:2012 での電源線を介して他の機器に伝播して悪影響を与えは 5 kHz と 100 kHz からの選択†4 となっており、ることがある。

バーストの持続時間はそれぞれ 15 ms と 0.75 msとなる。

また、発生するパルスの立ち上がりが早く、振幅が大きいことから、それが近接した他の線 (それ自試験発生器で発生させられた妨害は、CDN (§2.2)

身ではこの現象を発生しない、通信/信号線などをか容量性結合クランプ (§2.3) のような結合デバイ含む) に強く結合し、それが悪影響を与えることもスを用いて、あるいはコンデンサを用いて、試験対ある。

象のポートに印加される。

この規格で述べられている EFT/B (electricalfast transient/burst; 電気的ファスト・トランジェ

2.2ント/バースト) 試験†2 はこのような現象の模擬を意図したものである。

CDN

交流や直流の電源線への妨害の印加には、その原上で述べたような発生機序からするとパルスの振理を図 4に示すような、CDN (coupling/decoupling

幅や周期がバースト内で変化することが予期されるnetwork; 結合/減結合回路網) が用いられる。

が、この規格では単純化された一定振幅、一定周期CDN は減結合部と結合部を含み、その妨害の電源のパルスのバースト (図 3) が用いられる。

入力側への伝播を阻止しながら、試験発生器 (§2.1)で発生させた妨害を EUT への電源線に注入するこ

2

試験機器

2.1

試験発生器とができる。
図 4では妨害をどのラインに注入するかを設定するスイッチも示しているが、この規格では妨害は常†3 1000 Ω/(50 Ω + 1000 Ω) ≃ 0.9524†4 一般/製品群/製品規格でいずれか特定の繰り返し周波数 (例この規格での試験で使用する試験発生器は、えば 5 kHz) が指定されている場合も、いずれかを任意に選択するようになっている場合もある。例えば CISPR 35:2016 では xDSL ポートについては 100 kHz、その他のポートについては 5 kHz と指定されている。なお、旧版での 5 kHz (2.5 kHz)の繰り返し周波数の採用はおそらくは試験器側の技術的な制限に対する妥協で、100 kHz の方が実際の現象を良く模擬できると考えられる。

1000 Ω 負荷、及び 50 Ω 負荷で終端した状態†1 図 1の波形の立ち下がりに相当する。

†2 EFT、FT/B などと呼ばれることもあり、特に口頭では単に「バースト」などと呼ばれることもある。

2

IEC 61000-4-4 の概要 — EFT/B (電気的ファスト・トランジェント/バースト) 試験の方法15±3 ms at 5 kHz
0.75±0.15 ms at 100 kHz

300±60 ms

200 µs at 5 kHz ( ± 20%)
10 µs at 100 kHz ( ± 20%)
Vp100%90%ਈଅ؉‫ × ܅‬0.5 ± 10%ਈଅ؉‫ × ܅‬0.952 ± 20%

50%

10%
5±1.5 nstr‫܉‬: 50 ̀ ఈ̈ / ഇ: 1000 ̀ ఈ̈

50±15 ns
+100

50−15 nstw
図 3: EFT/B 試験波形

設定電圧(kV)

1000 Ω 負荷
Vp (kV)tr (ns)50 Ω 負荷tw (ns)Vp (kV)

±20 %

±10 %

0.25

0.24

0.125

0.50.48

繰り返し周波数tr (ns)tw (ns)(kHz)

5 ± 1.550 ± 15

5 or 1000.25
5 ± 1.550+100−1510.950.521.9143.82
表 1: パルスのパラメータにコモン・モードで (そのポートの全てのラインに容量性結合クランプは図 5のような構造のもので、†5一括で) 注入される。 このため、CDN によってはその主要部は長さ 1000 mm の結合板 2 枚 (固定さこのスイッチなしで全てのラインが接続された形とれた下部結合板と、それと蝶番で接続された上部結なっているかも知れない。

合板) から成り、両端には試験発生器との接続のための高圧同軸コネクタが設けられて同軸コネクタの2.3

中心導体は結合板に、外部導体はクランプの下面の容量性結合クランプ接地板に接続されている。
試験では、容量性結合クランプをグランド・プレー

CDN を使用できない信号線などへの印加には容ン上に直接置いてクランプの下面の接地板を接地し、量性結合クランプ (図 5) が用いられる。

試験対象のケーブルを結合板 2 枚のあいだに挟む。
この状態で容量性結合クランプの同軸コネクタから†5 IEC 61000-4-4:1995 ではそれぞれのラインに注入されるようになっていた。

3

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レベル

開放回路試験電圧 (kV)

3

校正

3.1

試験発生器の校正

電源線, 接地線

信号/制御線

120.5
10.250.5321や 1000 Ω の校正用負荷 (§3.4.2) を通してオシロス

試験発生器の同軸出力における電圧波形を 50 Ω442

コープ (§3.4.1) で観測し、以下のパラメータが規格X

特殊特殊で規定された許容範囲 (図 3, 表 1) に入るかどうか

表 2: 試験レベルを確認する:• それぞれの設定電圧、また 50 Ω 負荷と 1000 Ωਈਉ؇ԇ؅

負荷のそれぞれにおける、– ピーク電圧 (Vp )– 立ち上がり時間 (tr )LLNNPEPE• いずれかの設定電圧における、EUT

AC/DC؉ฆ

– パルス幅 (tw )– バースト内のパルス繰り返し周波数– バースト持続時間– バースト周期ฆഇЅഇЅ

図 4: IEC 61000-4-4 用 CDN の原理 (単相電源用)

3.2

CDN の校正

CDN の校正は、CDN を試験発生器と組み合わせ、CDN をコモン・モード結合 (全ラインへの印加) の状態として試験発生器で 4 kV の妨害を発生

50±00

10
ค
ค

させて次のように行なう:

ഇЅ‫܆‬

ഇЅ‫܆‬

• 出力波形のパラメータの検証
それぞれの出力端子と基準グランドとのあいだの電圧波形を 50 Ω の校正用負荷 (§3.4.2) を通̆‫܆܅‬±7100 ±5140してオシロスコープ (§3.4.1) で観測し、以下のパラメータが許容範囲に入るかどうかを確認する (図 6):

図 5: 容量性結合クランプ– 立ち上がり時間: (5.5 ± 1.5) ns

試験発生器 (§2.1) で発生させた妨害を注入するこ– パルス幅: (45 ± 15) nsとで、結合板とケーブルとのあいだの容量性結合を– ピーク電圧: (2 ± 0.2) kV介して、試験対象のケーブルとグランド・プレーンのあいだに妨害を誘起させることができる。

4

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ਈਉ؇ԇ؅

CDN

EUTAC/DC؉ฆࠆଆԇఈ̈ (50 ̀)< 0.1 m
L

L

N

N

PE

PE

図 6: CDN の校正 — 出力波形の観測ਈਉ؇ԇ؅

EUT

ࠆଆԇఈ̈ (50 ̀)

AC/DC؉ฆ

CDNL

L

N

N

PE

PE

図 7: CDN の校正 — 残留電圧の観測• 電源入力側への漏洩の確認• 容量性結合クランプを試験時と同様にグランド・プレーン上に置いて接地する;

それぞれの電源入力端子と基準グランドとのあいだに現れる残留電圧 (印加された妨害の電源• トランスジューサ・プレートを結合板のあいだ入力側への漏洩) を 50 Ω の校正用負荷 (§3.4.2)になるべく密着するように挟む。

を通してオシロスコープ (§3.4.1) で観測し、トランスジューサ・プレートは、大きさ (120 ±ピーク電圧が 400 V を超えないことを確認す

1) mm × (1050 ± 5) mm、厚さ 0.5 mm 以下る (図 6)。の金属板の片側に波形の観測を可能とするためこの測定に際して、CDN は試験での使用の際との長さ 30 mm 以下の低インピーダンスの接続同様にグランド・プレーン上に置いて接地し、校正用部を設け、厚さ 0.5 mm の絶縁材で少なくとも負荷の入力も低インピーダンスでグランド・プレー2.5 kV に耐えるように絶縁したものである。

ンに接地する。

• トランスジューサ・プレートの片端の接続部にそれらのあいだの接続と低インピーダンスでの3.3接地とを可能とする接続アダプタを介して 50 Ω

容量性結合クランプの校正の校正用負荷 (§3.4.2) を接続する;
容量性結合クランプの校正は下記のように行なう• 校正用負荷の出力を同軸ケーブルでオシロス(図 8):

5

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コープ (§3.4.1) に接続し、電圧波形を観測でき3.5るようにする;

不確かさ

測定はトレーサブルなものであるべきで、またそ• 容量性結合クランプの前項と反対側の端の同の不確かさは推定されているべきであるが、一般に軸コネクタを同軸ケーブルで試験発生器に接続この規格への適合性の判断では不確かさを考慮するする;必要はない。

• 試験発生器で 2 kV の妨害を発生させた時にトランスジューサ・プレートに結合した電圧波形を観測し、そのパラメータが以下の許容範囲に入るかどうかを確認する:

4試験4.1

試験機器の確認– 立ち上がり時間: (5 ± 1.5) ns

少なくとも以下のことを確認する:– パルス幅: (50 ± 15) ns• CDN の出力端子に EFT/B 信号が出ること;– ピーク電圧: (1000 ± 200) V• 容量性結合クランプに EFT/B 信号が出ること(反対側の同軸コネクタで確認できる)。

3.4

使用機器

実際の管理基準は試験所が決定できる。

校正では以下の機器を用いる。

4.2
3.4.1

オシロスコープ

試験条件• 試験は、厚さ 0.25 mm 以上の銅板やアルミニウム板、あるいは厚さ 0.65 mm 以上のその• −3 dB 帯域幅: 400 MHz 以上

他の金属板によるグランド・プレーン (groundreference plane; 接地基準面) の上で行なう。
3.4.2

校正用負荷

グランド・プレーンの大きさは少なくとも0.8 m × 1 m で、試験セットアップ全体に応以下の条件を満たす校正用負荷 (アッテネータ)

じた大きさ (EUT や容量性結合クランプの外を用いる:側に全方向で 0.1 m 以上拡がる) ものとし、安• 負荷インピーダンス (入力インピーダンス):全のために保護接地に接続する。

– 50 Ω 負荷: (50 ± 1) Ω

グランド・プレーンは、テーブルの上に置かれ– 1000 Ω 負荷: DC で、(1000 ± 20) Ωたものであっても、シールド・ルームの床そのものであっても良い。

• 挿入損失の許容差:• EUT の配置、接続、接地は設置指示に従って– ≤ 100 MHz: ±1 dB行なう。

– 100〜400 MHz: ±3 dB

但し、少なくとも電源ポートへの印加に際して50 Ω 負荷は 50 Ω / 50 Ω のアッテネータ、1000 Ωは電源ポートに含まれる接地線は CDN によっ

負荷は 1000 Ω / 50 Ω の分圧器であるが、通常、入て高周波的には切り離された形となるだろう。

力コネクタとして試験発生器に合わせた高圧同軸コ追加の接地接続は許容されない。

ネクタが用いられた、また少なくとも 4 kV のバー• EUT はグランド・プレーン上に他の導電性のストに耐える、この用途のために供給されているも構造物 (試験発生器や注入デバイス、補助機器、のが用いられるであろう。

シールド・ルームの壁などを含む) から 0.5 m以上離して次のように置く。

6

IEC 61000-4-4 の概要 — EFT/B (電気的ファスト・トランジェント/バースト) 試験の方法ࠆଆԇఈ̈ (50 ̀)ਈਉ؇ԇ؅

ค

ഇЅ‫܆‬

ค

ഇЅ‫܆‬



図 8: 容量性結合クランプの校正ਈਉ؇ԇ؅ฅ༇ਆ؅: 1 m ± 0.1 mm
0.5 m +0.1−0m

EUT0.1 m ± 0.01 m
ฅ༇ਆ؅: 0.1 m ± 0.05 m

EUTLL

LNNNPEPEPE

؉ฆ

؉ฆ

AC/DC؉ฆCDNഇง̅ฅ༇ਆ؅: 0.1 m ± 0.05 m
0.1 m ± 0.01 m

図 9: CDN での印加

؉‫܇‬

AEง

ਈਉ؇ԇ؅
+ CDN̅

ഇ

EUT>0.5 m

m.1+0 0 m±m −1m0.5
؅:
ਆ༇
ฅ

0.1m

ਈਉ؇ԇ؅ఆąค༇‫̆܇܆‬ഇฅ༇ਆ؅: 1 m ± 0.1 m
m0.5 m +0.1−0m≥ 0.5 m
ਈਉ؇ԇ؅

EUTAE
ଅĉഇЅ

ഇง̅

図 11: 容量性結合クランプでの印加

70.1 m ± 0.01 m
ฅ༇ਆ؅: 0.1 m ± 0.05 m

図 10: 試験セットアップの例 — CDN での印加IEC 61000-4-4 の概要 — EFT/B (電気的ファスト・トランジェント/バースト) 試験の方法



ਈਉ؇ԇ؅≥0.5mAE≥0ฅ༇ਆ؅: 0.1 m ± 0.05 m0.1 m ± 0.01 m.5 mm.1± 0 +0.1 mmm0−1m
؅: 0.5ਆ༇༄ԉ AE ‫܆‬ฅEUTଅĉഇЅ

̅

ง

ഇ

EUT ̆ഇ؉ฆ

図 12: 試験セットアップの例 — 容量性結合クランプでの印加L33 nF

NPE

؉ฆ

EUTਈਉ؇ԇ؅ഇง̅

図 13: コンデンサを用いた直接注入– 床置き機器 —長は束ねてグランド・プレーンから 0.1 m の∗ 高さ: (0.1 ± 0.05) m高さに置く。

∗ 結合デバイスとの距離: (1 ± 0.1) m

注入デバイスとして容量性結合クランプを用いる場合、ケーブルの余長はクランプの EUT 側– 卓上、天井/壁面取り付け、組み込み用のではなく補助機器 (AE) 側で束ねる。

機器 —• EUT の部分間が 3 m よりも短いケーブルで接∗ 高さ: (0.1 ± 0.01) m

続される場合、互いに 0.5 m 離し、絶縁台上∗ 結合デバイスとの距離: 0.5+0.1−0 mに配置する。ケーブルの余長は束ねる。

結合デバイスとのあいだの距離を上記のように• EUT の全てのケーブルはグランド・プレーンすることが物理的に不可能な場合は他の距離との上の 0.1 m の絶縁台の上に置く。

しても良いが、試験報告書に明記する。

試験中のケーブルからの結合を最小限とするた• EUT と注入デバイスのあいだのケーブルの長め、他のケーブルは試験中のケーブルからできさは可能な限り短くする。

る限り離す。

製造業者が EUT と CDN のあいだに用いるべ• 床置き型の EUT の高い位置から出るケーブル

きケーブルとしてより長いものを用意している(例えばラックの上面か出るケーブルのような)(例えばより長いプラグ付きの電源コードが機への印加は、試験発生器や結合デバイスをグラ器に取り付けられている) 場合、ケーブルの余8

IEC 61000-4-4 の概要 — EFT/B (電気的ファスト・トランジェント/バースト) 試験の方法

EUTਈਉ؇ԇ؅ଅĉഇЅఆąࠅЅ༄ԉ AE ‫܆‬AE≥0m.5 m.5≥0mఆą

0.1 m ± 0.05 mm.8≥01m

±0.1(ഇง̅

図 14: 試験セットアップの例 — 床置き機器の試験EUTਈਉ؇ԇ؅ଅĉഇЅఆąࠅЅ༄ԉ AE ‫܆‬AE≥0.5 m

0.1 m ± 0.05 m.8≥0m)

5m

(0.

.5≥0)
5m
(0.
m.1±0m1mఆą(ഇง̅
図 15: 試験セットアップの例 — 床置き機器の高い位置から出るケーブルの試験

9

IEC 61000-4-4 の概要 — EFT/B (電気的ファスト・トランジェント/バースト) 試験の方法ఆąਈਉ؇ԇ؅̆ค
≥0.5 m1mEUT

0.1 m ± 0.01 mAEഇง̅
図 16: 〈参考〉 IEC 61000-4-4:2004 の試験セットアップの例 — 床置き機器の高い位置から出るケーブルの試験(IEC 61000-4-4:2012 では用いられない)

ンド・プレーン上 (例えば床面) に置き、ケー• 補助機器や電源網の保護のためには減結合回路

ブルを EUT から 0.5 m 離れた位置でグラン網やコモン・モード吸収デバイスを用いる。

ド・プレーンの近くまで引き下ろし、そこから0.5 m (EUT から 1 m) 離れた位置の結合デバイスに接続して行なう (図 15)。†6• 試験発生器や結合デバイス (CDN、容量性結合クランプ) はグランド・プレーン上に直接置き、4.3

妨害の結合の方法

4.3.1

電源ポート

電源ポートへの印加には通常は CDN (結合/減結低インピーダンスで接地する。

合回路網) を用い、コモン・モードで、すなわちそ結合クランプを用いる際、クランプや EUT ののポートの全てのライン (接地線があればそれを含下のグランド・プレーン以外の全ての導電性のむ) に一括で印加する (図 9, 図 10)。

面 (試験発生器を含む) と結合板とのあいだの適切な CDN がない場合、代わりに以下の方法を距離は少なくとも 0.5 m とする。

用いる:

• (33±6.6) nF のコンデンサを用いた直接注入で;†6 IEC 61000-4-4:2004 で見られる持ち上げられたグランド・プレーンを用いた試験 (図 16) は廃止された。[2] では、容量性結合クランプでの試験に関して、EUT に注入される妨害のピーク電流や立ち上がりにこれらのセットアップで顕著な差がないことが示されている。

• 直接注入が実際的でないならば、容量性結合クランプで。

10

IEC 61000-4-4 の概要 — EFT/B (電気的ファスト・トランジェント/バースト) 試験の方法

信号/制御ポート

4.3.2

信号/制御ポートへの印加には容量性結合クランプを用いる (図 11, 図 12)。
印加対象のケーブルは容量性結合クランプの中央に通して結合を最大化するために上部結合板をしっかりと閉じ、容量性結合クランプの EUT 側の同軸コネクタを試験発生器の出力に接続する。そのケーブルの反対側に接続された補助機器は適切に減結合しても良い。
容量性結合クランプは他の導電性の構造物 (試験発生器、EUT や補助機器、シールド・ルームの壁などを含む) から 0.5 m 以上離し、グランド・プレーン (容量性結合クランプの外側に全方向で 0.1 m 以上拡がること) に直接置いて接地する。

接地端子

4.3.3

接地端子への印加が電源ポートとは別に必要となる場合、CDN を用いて、あるいはそれが適切でない場合は (33 ± 6.6) nF のコンデンサを通して印加する。

5

参考資料

[1] IEC 61000-4-4:2012, Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 4-4: Testing and measurement techniques — Electrical fast transient/burst immunity test[2] Investigation of EFT Test Setup for Rack
Mounted Equipment by Numerical Simulations,
Spartaco Caniggia and Francesca Maradei,
IEEE, 2012, DOI: APEMC.2012.6237894[3] Electrical Contacts: Principles and Applications (Second Edition), Paul G. Slade, 2017,
ISBN: 1138077100

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