| 研究課題/領域番号 |
19J21468
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| 研究機関 | 首都大学東京 |
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研究代表者 |
白井 諒 首都大学東京, 大学院システムデザイン研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | パワーエレクトロニクス / 電磁ノイズ / EMI / CAN / 通信エラー / 電磁両立性 / EMC / アクティブゲートドライバ |
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| 研究実績の概要 |
降圧チョッパ回路が発生する電磁ノイズに起因するCAN通信エラーを解析するために用いた従来システムを拡張することで実アプリケーションに近い条件で電磁干渉の発生様態を解析し，その合理的な抑制手法を複数開発した。従来の解析システムではCAN通信エラーを直接的に発生する差動線間ノイズを故意に発生させていたが，新たに開発したシステムでは実際のシステムで広く課題になっているCAN通信線に発生する同相ノイズを起因とした通信エラーの解析を可能にした。さらに，降圧チョッパ回路のスイッチングタイミングに発生する瞬間的なノイズとCAN通信における信号読み取りタイミングが一致した時にエラーが発生することに着目し，それらの同時発生を防止する新たな制御手法を降圧チョッパ回路に適用し，通信エラーを抑制可能であることを実験検証により明らかにした。この手法は従来の解析システムにおいても検討していたが，本検証により実用的な手法であることを示した。
異なるアプローチとして，アクティブゲート駆動回路を用いたCAN通信エラー抑制手法についても検討した。パワー半導体のスイッチング速度を任意に制御可能なアクティブゲートドライバにより，CAN通信信号の状態に合わせてスイッチングノイズを増減させることで，電力変換効率の高効率化と低ノイズ化を両立する手法である。基礎検討では，アクティブゲートドライバを用いて降圧チョッパ回路のパワー半導体のスイッチング速度を制御し，それによってCAN通信に発生するエラー数がどのように変化するかを実験検証した。その結果，スイッチング速度を適切に制御することで合理的にCAN通信エラーを抑制可能であることを明らかにした。今後より実用的な対策手法として開発を進める所存である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の研究計画では主に転化ノイズに起因するCAN通信エラーの発生原理を明らかにするとしていたが，早期に解析を完了しアクティブゲートドライバを用いた新たな電磁障害対策手法の検討に着手することができた。年度開始当初には解析用システムの拡張が概ね終了し，2ヶ月ほどで当初目的としていた転化ノイズの発生原理の解明やパワーデバイスの特性による電磁障害の発生様態の検証などを完遂した。早期にそれらを実現できたため，発展的な内容であるアクティブゲートドライバを用いた電磁障害の抑制手法の検討に着手することができた。一方で，インバータ回路に起因する電磁障害の解析については実験設備の準備が整っていないため，次年度に実施することとして計画の修正を行った。また，中国への留学や各種学会への参加などを通じて更なる研究の発展を図り，現在それらの成果を論文として投稿する準備を進めている。これらの状況から，本研究は概ね順調に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の研究計画以上に進展が見られていることから，今後の方策についてもより学術・技術的に踏み込んだ内容へとシフトする予定である。具体的には，インバータ回路に起因する電磁障害の発生原理を解析すると共に，アクティブゲートドライバを用いた電磁障害抑制手法の実用化を同時に推進する。これにより，複数のパワー半導体がスイッチングする条件下でのCAN通信エラー発生原理の解明や，それに有効な対策手法を提案することができると考える。また，令和２年度より同研究室の２人の学生が本研究テーマの研究グループに加わり異なるアプローチで研究を推進する予定である。そこで研究グループ内で研究連携することにより，CAN通信のみならずEthernetをはじめとする高速通信プロトコルに対し同様の解析と電磁障害抑制手法の開発を行う予定である。
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