阪大,電磁ノイズが発生しない回路構造を導出


大阪大学の研究グループは,電気・電子回路内に発生する電磁ノイズ現象を定量化するための理論を考案し,その発生メカニズムを解明することで,電磁ノイズが発生しない回路構造を理論的に導出することに成功した(ニュースリリース)。

身の回りのほとんどの機器は電気で動き,制御されている。電磁ノイズはそれらの内部で発生し,誤動作や温度上昇などの様々な問題を引き起こしている。

電気回路は電気を通す導体で構成され,そこに電気を流すことで信号や電力などを送ることができる。それと同時に,回路は周りの導体(環境)と電磁干渉しているため,電磁ノイズが発生している。電磁干渉は人間の目には見えないため,電磁ノイズの発生原因を特定することは困難であり,それらの対策の多くは熟練技術者の経験やノウハウをもとに施されている。

研究では,電磁ノイズ現象を記述するために,電気回路を信号の往復路である2本の導線で表し,環境を1本の導線で表した3本線回路を用いた。その結果,信号を表すノーマルモードと,電磁干渉を表すコモンモードを定式化することができるようになった。さらに,3本線回路の入力や出力での接続関係を考慮することで,それぞれのモードの振る舞いを表す方程式を導出することができた。

その結果,回路と環境の幾何学的な位置関係と,それらに接続される素子との電気的な接続関係によって,コモンモードがノーマルモードに変換され,電磁ノイズが発生することを理論的に証明することに成功した。

今回の研究成果により,様々な回路の幾何学的構造と電気的接続条件での理論計算ができるようになった。その結果,電磁ノイズを無くすためには,回路が環境に対して幾何学的に対称な構造を有し,かつ回路と環境が電気的に対称に接続された構造が唯一の解であることを導出することに成功した。

さらに,今まで目では見えなかった電磁ノイズ現象の振る舞いを定量化し,時間的に追うことができるため,より直感的に現象を理解することができるようになったという。

研究成果によって導出した電磁ノイズ現象の定量化技術は,これまでの経験的なアプローチではなく,理論的アプローチであるため電磁ノイズの原因を根本的に無くすことができる可能性があるとしている。

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