パワーエレクトロニクス機器が発生するEMIのアクティブフィルタリング技術の研究
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18H01416
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小笠原 悟司 北海道大学, 情報科学研究院, 特任教授 (40160733)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
折川 幸司 北海道大学, 情報科学研究院, 助教 (50781324)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
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| Keywords | EMI / パワーエレクトロニクス機器 / アクティブフィルタリング技術 / ACC / ACF |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者は，1997年にアクティブ素子を用いてインバータの発生するコモンモード電圧を相殺して EMI を抑制するアクティブコモンノイズキャンセラ(ACC)を提案し，IEEE Power Electronics Society, 1998 Transactions Prize Paper Award を受賞した。この ACC はコンプリメンタリのトランジスタを用いたエミッタフォロワ回路をアクティブ回路として使用しオープンループ制御によりコモンモード電圧を相殺したため，(i)クロスオーバひずみにより数 V の完全に相殺できない成分が残り 20 dB 程度の減衰効果しか得られない，(ii) アクティブ回路の遅れのため数 MHz 以上の周波数領域で抑制効果が得られない，(iii) アクティブ素子の耐圧の制限のため 400 V 系以上のインバータに適用できないなどの問題があった。
(a) 低周波帯におけるアクティブフィルタリング技術 本研究では，前年度に検討したパッシブキャンセラとアクティブキャンセラの併用について，シミュレーションならびに実験により検討し，400 V 系のインバータにも適用可能であることを示した。さらに大容量インバータにおいても適用可能なパッシブコモンノイズキャンセラ(PCC)についても実験検証を行った。
(b) 高周波帯におけるアクティブフィルタリング技術 本研究においては，高周波帯のフィルタリング技術で問題となる磁性材料の周波数特性を考慮可能であるだけでなく，巻線浮遊容量も考慮可能なシミュレーションモデルを開発し，漏れ磁束の経路を考慮して漏れインダクタンスの周波数特性についてもモデリング可能であることを明らかにした。
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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
低周波領域のアクティブフィルタリング技術については，前年度に検討したパッシブキャンセラとアクティブキャンセラの併用について，シミュレーションならびに実験により検討し，400 V 系のインバータにも適用可能であることを示している。さらに，これまでとは異なる原理のパッシブコモンノイズフィルタ(PCC)は，パッシブエレメントのみで構成されているにもかかわらずACCと同様の特性を有し，大容量インバータに適用可能な貫通構造でも実現可能であることを実験により明らかにしている。
一方，高周波数領域のアクティブフィルタリング技術については，主にこの周波数領域で適用可能なインダクタのモデリングについて検討した。前年度までの研究により，Mn-Znフェライトの寸法共鳴を含む磁性材料の周波数特性ならびに巻線浮遊容量を同時に考慮可能なシミュレーションモデルを開発している。さらに，漏れ磁束の経路を考慮して漏れインダクタンスの周波数特性についてもモデリング可能であるインダクタンスモデルを開発している。
以上のようなことから，本研究はおおむね順調に進展していると自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
低周波領域のアクティブフィルタリング技術においては，新たに開発したパッシブコモンノイズキャンセラ(PCC)により，貫通構造により大電流インバータに適用できるだけでなく，従来問題であった 400 V 系以上にも適用でき，しかも最大 40 ～ 50 dB の減衰特性を得るという結果を達成できている。本年度の研究では，PCC を小容量のインバータにも適用可能であるかについて検討する。また，インバータ直流側のディファレンシャルモードノイズの低減についても新たに検討を開始する予定である。
高周波領域のアクティブフィルタリング技術においては，高周波領域のコモンモード電圧を低減することにより，実際に伝導性EMIならびに放射性EMIをどの程度低減可能かについて，さらに実験的に検討する予定である。また，この周波数領域における減衰特性を改善するために必要不可欠である受動部品の特性改善ならびに解析法の検討にも取り組む予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(13 results)
