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, 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 2021)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
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，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，前年度に検討した残留コモンモード電圧のみをフィードバック補償する新しい ACC についてさらに実験的検討を行った。また，直流配電系統で用いるディファレンシャルモードフィルタの体積最小化についても検討し，最適なキャパシタンスとインダクタンスの選択法を示した。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についても原理検討を行った。
(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た。また，電力ケーブルから発生する放射性EMIの発生メカニズムを，一次と二次のコモンモードの考え方から明らかにした。。
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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，開発したフィードバック併用型のACC についてさらに実験検討を行い，その有効性を確認している。また，アクティブフィルタリング技術と併用して使用されるディファレンシャルモードフィルタの体積最小化についても検討し，フィルタ全体の小型化を実現している。さらに，現在検討を進めている大容量インバータに適用可能なパッシブコモンノイズフィルタは，400 V系以上に適用できないという従来のACCの問題点を解決する一つの方法となりえる。
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，放射性EMIの発生メカニズムの解明と，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。前者では，コモンモードを一次と二次の二種類に分類し，放射に関しては二次が支配的であるが，変換器が発生するのは一時成分であり，電源インピーダンスのアンバランスにより一次から二次への変換が原因で放射性EMIが発生することを解明した。また，後者のモデリングでは，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た。
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，減衰特性を改善して 50 ～ 60 dB の減衰特性を得るという目標はほぼ達成することができている。前年度からは，従来のACCのもう一つの問題点である 400 V 系のインバータに適用できないとことに対する改善を中心に検討している。現在実験準備を進めているパッシブキャンセラとアクティブキャンセラを併用したシステムの実験検証を最初に進める予定である。また，前年度原理検討した大容量インバータに適用可能な新しいパッシブキャンセラについても検討する予定である。
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，当初目標の数 MHz ～ 100 MHz程度までの周波数領域においてコモンモード電圧を低減することはすでに達成できている。今後は，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をどの程度低減できているかについて，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についても，そ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
(2 results)
Research Products
(9 results)
