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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

Research Project

Project/Area Number 18H01416
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 21010:Power engineering-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

小笠原 悟司  北海道大学, 情報科学研究院, 特任教授 (40160733)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 折川 幸司  北海道大学, 情報科学研究院, 助教 (50781324)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
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)
KeywordsEMI / 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
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。

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。

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。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(13 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Journal Article] An Active Common-noise Canceler Combined with Feedback Control2021

    • Author(s)
      小原 峻介, 小笠原 悟司, 竹本 真紹, 折川 幸司, 山本 融真
    • Journal Title

      IEEJ Trans. IA

      Volume: 141(1) Issue: 1 Pages: 28-38

    • DOI

      10.1541/ieejias.141.28

    • NAID

      130007965342

    • ISSN
      0913-6339, 1348-8163
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Simple Technique for Estimating the Winding Stray Capacitance of High-Frequency Three-Phase Common-Mode Inductors2019

    • Author(s)
      高橋 翔太郎, 小笠原 悟司, 竹本 真紹, 折川 幸司, 玉手 道雄
    • Journal Title

      IEEJ Trans. IA

      Volume: 139 巻, 3 号 Issue: 3 Pages: 339-347

    • DOI

      10.1541/ieejias.139.339

    • NAID

      130007606703

    • ISSN
      0913-6339, 1348-8163
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Common-Mode Voltage Attenuation of an Active Common-Mode Filter in a Motor Drive System Fed by a PWM Inverter2019

    • Author(s)
      Shotaro Takahashi, Satoshi Ogasawara, Masatsugu Takemoto, Koji Orikawa, and Michio Tamate
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Industry Applications

      Volume: 55 Pages: 2721-2730

    • DOI

      10.1109/tia.2019.2892364

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Suppression of High-Frequency DC- and AC-Side Common-Mode Currents in DC-Fed Motor Drive Systems2020

    • Author(s)
      Shotaro Takahashi, Satoshi Ogasawara, Masatsugu Takemoto
    • Organizer
      2020 23rd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Novel Simulation Model for Common-Mode Inductors Based on Permeance-Capacitance Analogy2020

    • Author(s)
      Shotaro Takahashi, Satoshi Ogasawara
    • Organizer
      2020 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 大電流インバータに適用可能な貫通型パッシブコモンノイズキャンセラ2020

    • Author(s)
      小原 峻介, 小笠原 悟司, 折川 幸司, 山口 浩二, 鈴木 史典, 福田 剛
    • Organizer
      電気学会 電磁環境 半導体電力変換合同研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] A Hybrid Common-Mode Voltage Canceleration Using an Passive Filter and an Active Feedback Circuit for PWM Inverters2019

    • Author(s)
      S. Ohara, S. Ogasawara, M. Takemoto, K. Orikawa and Y. Yamamoto
    • Organizer
      2019 IEEE 4th International Future Energy Electronics Conference (IFEEC)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental Evaluation of the Relationship between Filter Inductor Impedances and Dimensional Resonances of MnZn Ferrites2019

    • Author(s)
      S. Takahashi, S. Ogasawara, M. Takemoto, K. Orikawa and M. Tamate
    • Organizer
      2019 IEEE 4th International Future Energy Electronics Conference (IFEEC)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High-Frequency Noise Suppression in a Buck-Converter System Based on SiC Devices2019

    • Author(s)
      S. Takahashi, S. Ogasawara, M. Takemoto, K. Orikawa and M. Tamate
    • Organizer
      2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 磁性材料の複素透磁率を考慮した単相コモンモードインダクタの回路シミュレーションモデル2019

    • Author(s)
      高橋翔太郎, 小笠原悟司, 竹本真紹, 折川幸司
    • Organizer
      電気学会半導体電力変換研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] アクティブフィードバック回路を併用するPWM インバータ用ハイブリッドコモンノイズキャンセラ2019

    • Author(s)
      小原 峻介, 小笠原 悟司 ,竹本 真紹 ,折川 幸司 ,山本 融真
    • Organizer
      電気学会産業応用部門大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] A Study on Reduction Techniques of a Wideband Common-Mode Voltage Produced by a PWM Inverter2018

    • Author(s)
      S. Takahashi, S. Ogasawara, M. Takemoto, K. Orikawa, M. Tamate
    • Organizer
      The 2018 International Power Electronics Conference (IPEC)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アクティブコモンノイズキャンセラに対するインバータ寄生容量の影響と対策2018

    • Author(s)
      小原,小笠原,竹本,折川,山本
    • Organizer
      電気学会半導体電力変換研究会,SPC-18-124
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-07-01  

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