2020 Fiscal Year Research-status Report
High accuracy simulation for conductive noise reduction on power converter using SiC device
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19K04326
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
北川 亘 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30581805)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 伝導ノイズ / モデリング / 電力変換器 / シミュレーション / EMI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究における令和2年度の実績として，以下，2点に関する研究結果が得られた。
１，漏れ電流経路でのインピーダンスモデリングの高精度化
２，コモンモードノイズとノーマルモードノイズの理論的な分離とそのモデリング
３，伝導ノイズの重畳と干渉に関するモデリングの高精度化
１については，漏れ電流経路においてのインピーダンス特性を遺伝的アルゴリズムを用いて，より高精度な等価回路モデリングを行うことを試みた。その結果，これまで等価回路パラメータを取得するのに，いくつか試行錯誤的なマッチングがあったが，その煩雑さは解消されてより共振点を模擬できる等価回路パラメータを得ることを可能とした。２については，コモンモードノイズ測定時に含まれるノーマルモードノイズ成分を特定するため，シミュレーションより得られた理論値による相電流成分をコモンモード測定値から差し引く検討を行った。これにより，ノーマルモードノイズ成分が特定され，その周波数帯に対しノーマルモードノイズ対策フィルターを設計，施すことによって，ノーマルモードノイズ成分が低減することを確認した。３については，SiC-MOSFET を用いた絶縁型，非絶縁型AC/DCコンバータを同時に動かし，ノイズの測定を行い，ノイズの重畳が起きていることを確認した。そのシステムにおいてノイズの重畳を考慮したシミュレーションモデリングを上記１を用いて作成し，ノイズの重畳をシミュレーション上で更に高精度に再現できることが確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要にある通り，３つの結果を挙げているが，以下に関しての課題が残るため，概ね順調という状況である。
１ モデリングパラメータ複雑性の除去
モデリングの遺伝的アルゴリズムを用いたパラメータ導出実施において，共振点をより高精度に再現できるパラメータを得ることができるものの，そのパラメータは物理的な観点からでは複雑なものであり，受動素子的意味を成すものが発生しないこともある。したがって，より漏れ電流経路として物理的意味を持つパラメータを取得できるアルゴリズムの研究・開発を行う予定である。
２ オートマチックシミュレーション
これまでの研究では，データシートの情報のみから簡易なノイズシミュレーションを実施することができることを確認した。今後のEMI 対策において，簡易で高精度なノイズシミュレーションが求められており，机上の情報のみでノイズシミュレーションを完結することが望ましい。ゆえに，本年度の研究において，コモンモードとノーマルモードのさらなる高精度モデリングやGAを用いたパラメータ最適化などを組み込んでいくっことを検討する。今後，これらの課題を検討することで，雑音端子電圧を効率的に抑制でき，シミュレーション精度の向上が実現できると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度の課題として，次の点を考慮して研究を遂行する。
１，様々な回路・システムを用いてのシミュレーション精度の実証
２，インピーダンス特性の高精度モデリングとノーマル・コモンモード分離
３，伝導ノイズの重畳と干渉に関するさらなる高精度モデリング
１については，これまでは２つのシステム（絶縁型・非絶縁型AC/DCコンバータ）において，様々な角度からの実験・シミュレーションを実施してきたが，次年度についても，更に測定システムを追加し，このシミュレーションを適用して効果の程を実証する。２については，コモンモードチョークコイルやトランスなど，浮遊容量や配線インダクタンス等を含む材料はその特性を等価回路で正確に模擬することが難しい。そこで，組み合わせ最適化手法やコモンモードとノーマルモード分離方法などを取り入れてより正確なモデリングを行っていく。３については，ノイズの重畳を考慮することで，シミュレーション結果の再現性が低くなっている点がある。そこで，漏れ電流のモデリングをステップ電圧とRLC直列回路から構成することに限らず，上記手法を組み合わせノイズ経路をより再現できるような手法を模索する予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスにより，国際会議や国内会議が全てオンラインとなってしまったことや，大学の立ち入り制限により実験の実施が遅れたためこれらの予算を利用しなかった。本繰越予算は，次年度実施するノーマルモード・コモンモード変換の変換器にあてがう予定である。
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