電源基板の評価項目・方法

質問

当社にて客先の製品（医用電気機器）に組み込まれる下記のような電源基板を試作しています。
近々、評価試験を行ないたいのですが、皆さんよりアドバイス頂けたら幸いです。

■基板仕様概略・状況■

1.DC+24Vを入力し、スイッチング素子にて+5V・±12V・+7V・+28Vを出力

2.最大出力電流は、数百mA～3A程度

3.商用AC100Vの供給状態を監視するため、トランスとダイオードブリッジ
　にて簡易整流し、フォトカプラに入力している

4.フォトカプラとトランスは、耐電圧3kV以上のものを使用
　(客先指定値)

5.上記商用AC100Vと他回路とのパタンギャップと空間距離は6mm以上確保
　(客先指定値)

6.負荷としては、他基板・タッチパネルLCD・DC/ステッピングモータ・LED

7.基板が搭載される客先製品はJIS-T0601-1に該当

8.最終製品形態で、客先にて測定サイト利用での評価・検定がある

上記のような仕様・状況を踏まえたうえで、客先評価・検定前に
「社内で電源基板としての評価を行う事。」
と上司より指示を受けました。

私が必要かと考えた試験項目は以下の通りです。

a.フォトカプラ、トランスの1次-2次側の耐電圧試験
b.入力電圧変動による出力電圧変動試験（安定度）
c.出力リップル測定 *
d.出力リップルノイズ測定 *
e.部品単位での発熱測定 *
f.負荷変動による出力電圧変動試験 *
g.環境温度変動による出力電圧変動試験 *

*印は0%・50%・100%の3種類の負荷率で行う

です。

質問としては、

・電源としての評価として上記の想定試験項目で過不足は無いか

・EIAJ規定されているRC-9141/9143に準じる必要性があるか

・この状況下でJIS-T0601-1を勘案する必要があるか

・部品発熱の発熱測定はサーモグラフィによる非接触式と測温体による
　接触式のどちらの方法が妥当か

・0%・50%・100%の3種類の負荷は単純に抵抗で良いのか

の以上です。

自分自身が無知なのと、周りにアドバイスして貰える人がいない為、大変困っております。

回答No.2

noname#230359 · ベストアンサー

電源としての基本的な性能の評価は、想定されている項目（ラインレギュレーション、ロードレギュレーション、温度特性など）でよいと思います。
非定常時を想定した評価として、#1さんのご指摘のような過渡状態の挙動の確認や、電源瞬降と瞬停、過負荷時動作など、欠かせないと考えます。負荷は抵抗だけではなく、リアクタンスがある場合も、確認しておきたいです。
その他想定できる異常状態は、ひととおり評価しておきたいですね。
部品発熱の測温方法は、何でも構わないと思います。設計段階で妥当な温度を想定し、これを満足していることを検証するという姿勢で、単純に測定で終わらせないことが重要だと思います。
外部機器への影響も検証が不可欠です。有害電磁波のエミッション（IECの低電圧指令あたりが適当ではないでしょうか。ご確認下さい）の確認、FMEAなどによる故障解析も必要と思います。CE認証の要否とは関係なく、評価されることを強くお勧めします。JIS T0601-1だけではなく、IEC 60601-1も勘案するべきだと考えます。

> 周りにアドバイスして貰える人がいない為、大変困っております
先ず設計検証と評価の計画を立案し、これをデザインレビューにて審議するべきです。個人で進めると、漏れや見落としがあります。

お返事をいただいていたのに、チェックが行き届かず、ごめんなさい。

> 過渡状態の挙動の確認や、電源瞬降と瞬停、過負荷時動作については、 旧Ver
> と回路設計が全く同一で、フォトカプラとトランスの高耐電圧化しただけで、
> 部品配置とパターンもほぼ同じなため、不要かと考えておりましたが、やはり
> 必要でしょうか？
製品に固有の要求特性や経緯、会社や業界による事情などからご判断されてよいと思います。一般論で回答していますが、医療用機器に携わった経験がない私よりは、貴社ご判断の方が妥当でしょう。
試験省略の技術的な妥当性やリスク評価を、デザインレビューでやればいいと考えます。

お礼

大変参考になりました。有難うございます。

過渡状態の挙動の確認や、電源瞬降と瞬停、過負荷時動作については、旧Verと回路設計が全く同一で、フォトカプラとトランスの高耐電圧化しただけで、部品配置とパターンもほぼ同じなため、不要かと考えておりましたが、やはり必要でしょうか？

有害電磁波のエミッションとイミニティは客先にて最終製品状態で既にされてります。

さらなるアドバイスを頂き有難うございます。
（こちらも、補足に気がつきませんでした。申し訳ありません。）

今回の基板は旧基板(当社以外での設計)が客先でのEMC試験(低電圧指令?)で耐電圧不足が指摘され、その箇所の耐電圧化を客先指示にて、当社が変更・製作しただけの基板です。

非常におかしなハナシですが、試験省略のリスク評価などは、デザインレビューに行われておらず、モノが出来上がってから、試験項目の策定と試験手配を指示された次第です。
任された段階で、上司に確認したのですが、
「該当部品の変更とパタンギャップなどだけ行い、製作し機能試験だけで良い。評価方法は別途客先と打合せする。まずはモノの完成が最優先だ。」
と指示されました。
結局は、評価方法はこちら任せで、項目策定は後手に回ってしまいました。

回答No.3

noname#230359

以前に医療機器用電源の製品評価を行っていたものです。

医療電気機器では、漏れ電流の測定は行ったほうが良いのではないでしょうか？
お客様の仕様書があれば記載されていると思います。
ＡＣ１００Ｖとのことで、電取法だと思いますが…

また、出力短絡試験も行ってはいかがでしょうか？
半導体部品の温度をモニタしつつ、連続短絡動作させていました。

あと、耐圧試験ですが入力・アース（シャーシ）間、出力・アース（シャーシ）間なども行うとベストだと思います。

以上、ご参考になれば幸いです。

>ちなみに客先仕様では、AC100V入力(停電検知用として)部は、FG接続を行う余地が無く
>（筐体仕様でケーブル・端子が当該基板用に出されていない）
>また、DC側のGNDもケーブルやネジなどで筐体には落ちていないようです。
Cx,CyコンデンサでFGへの接続が無いのならば不要です。
漏れ電流の経路が無いとおもわれますので。

>短絡時の保護回路など無い為
保護回路が無い部分はお客様にて保護をしていると考えるが妥当なのでしょう。
仕様に無いのならば試験自体不要と思われます。
＃個人的には保護回路なし電源は怖いですね。パターン焼損も怖いですね。
＃医療用ということなので、エンドユーザーでの発煙は最悪ですね。

>実際の耐電圧試験は(以下省略)
私の経験では、DC入出力間全てショート(DC部)、また信号部を全てショート(信号部)を行いました。
このDC部と信号部にメガー＆耐圧試験を行いました。
実際にフォトカプラの足に耐圧試験機を接続するのは大変なためです。

ご参考になれば幸いです。

お礼

アドバイス有難うございます。
最初に、お礼が遅れましたことをお詫び致します。

> 漏れ電流の測定は行ったほうが良い
当社では電源基板の設計・製作のみで、組み込まれる筐体は客先での設計・製作なので、当社では行うことが出来ません。
客先にて、最終製品形態での患者漏れ電流試験などは行っているようです。

あるいは、電源基板単体での漏れ電流評価も必要なのでしょうか？
ちなみに客先仕様では、AC100V入力(停電検知用として)部は、FG接続を行う余地が無く（筐体仕様でケーブル・端子が当該基板用に出されていない）また、DC側のGNDもケーブルやネジなどで筐体には落ちていないようです。

> 出力短絡試験
要求仕様(旧基板仕様)では、短絡時の保護回路など無い為(一部に電流リミットは設定しています)に短絡試験は行いません。
ちなみにCPUボードと搭載リアルタイムOSで電源電圧はモニタされています。

> 耐圧試験
客先から要求のあった耐電圧箇所は、商用AC100Vの停電検知部のACブロックと信号・DCブロック間の耐電圧で、該当部品としてはトランスとフォトカプラの耐電圧を3kv以上の指定です。
この場合、トランスとフォトカプラは3kv～6Kvの耐電圧仕様の物を製作・選択しましたが、実際の耐電圧試験はトランス・フォトカプラの各々の1次－2次間に電圧を印可して試験を行えば良いのでしょうか？

これも、客先にて最終製品形態でご指摘の試験は行われているようです。

お礼を申し上げるのがすっかり遅くなりましたが、更なる補足説明を頂き有難う御座います。

下記、大変参考になりました。
> DC入出力間全てショート(DC部)、また信号部を全てショート(信号部)を行いました。

明日よりようやく評価/試験を行います。

回答No.1

noname#230359

>>DC+24Vを入力し・・・・とありますが
>>商用AC100Vの供給状態を監視するため・・・・となっているので
ＡＣ１００Ｖ入力　+5V・±12V・+7V・+28V　出力のＳＷ電源ですね？？

評価試験に追加項目として、0%・50%・100%の3種類の負荷にて
ＡＣ１００Ｖの連続　ＯＮ、ＯＦＦを加えて見られては？？
市販のＳＷ電源において、ＯＮ、ＯＦＦ時に不安定になる物を見た事があります、医療用機器といえども、ＡＣ１００Ｖの瞬断は有り得ますよね？？

お礼

早速のアドバイス有難うございます。

> ＡＣ１００Ｖ入力　+5V・±12V・+7V・+28V　出力のＳＷ電源ですね？？
今回の基板では、DC+24V入力にて+5V・±12V・+7V・+28VをSW素子にて生成しています。
DC+24Vは外部のSW電源から供給されます。

ACライン瞬断/停電の検知用（バッテリ運転切り替えと停電警報）にトランスとフォトカプラを使って、制御基板に信号を渡しているのと、AC100V動作のヒータへのAC100V供給ON/OFFをSSRで行っているのみです。

なので、基板に商用AC100Vは印加されますが、電源生成には用いておりません。