JP5814510B2 - インバーターコンデンサモジュールの回路構成方法 - Google Patents
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Description
バッテリーは必要電力を供給しながら回生制動時には駆動モータにより生成された電力の供給を受けて充電され、インバーターはバッテリーから供給される電源を相変換させて駆動モータを駆動させる。
特に、インバーターは駆動モータの駆動及びバッテリーの充電のための電力変換装置として、バッテリーの電力を変換して動力補助のためのモータ駆動を行い、回生制動時に電力を変換してバッテリーに充電させる機能を果たす。
従来のインバーターの電磁波スイッチングノイズの低減技術は、インバーターのコンデンサモジュールでYコンデンサの中性点を車両シャーシに連結してスイッチングノイズを抑制させる方法を利用している。
インバーターにYコンデンサを使用する先行技術として、特開2002−78352号にはコモンモードのノイズを低減するために、Yコンデンサを使用するインバーター装置の保護方法が開示されている。特開2001−45767号にはYコンデンサの交流中性点から変圧器の2次側巻線を介して相殺電流を流して漏洩電流を低減したインバーター装置が開示されている。更に、米国特許第7,561,389号にはYコンデンサを使用してノイズを低減させた電圧出力装置が開示されている。
スイッチングノイズを抑制するためにYコンデンサC1,C2を使用するインバーターにおいて、図2を参照してコンデンサモジュール11の役割について説明する。
もう一つはコモンモードのノイズを抑制する役割を行い、その機能はモジュール11内部のYコンデンサ(平滑コンデンサと並列に連結された2個のYコンデンサ)C1,C2が行う。
平滑コンデンサC3が吸収するリップル電流は50Arms以上の高電流であり、平滑コンデンサ内部で自体発熱により消尽される成分であり、車両シャーシとは電気的に絶縁されている。
しかし、YコンデンサC1,C2の中性点を車両シャーシに連結してスイッチングノイズを抑制させる方法では次のような問題点がある。
2)インバーター動作時、パワーモジュール12で発生するスイッチングノイズが駆動モータ2側にも流出し、駆動モータ2に流出したスイッチングノイズが車両シャーシに伝達されてスイッチングノイズの問題が発生しているが、現在、駆動モータ2側に流出するスイッチングノイズについては対策がないという実情である。
更に、電磁波ノイズのソースであるインバータースイッチングノイズに関し、従来はYコンデンサを通して流れる電流、電圧の大きさのみを減少させるという限界があったが、本発明ではノイズ成分の分析を通してダンピングインピーダンスまで解釈して回路構成に反映するため、ノイズの大きさだけでなく周波数の制御まで可能であるという利点がある。
本発明はハイブリッド車両のような環境に優しい電気自動車の駆動モータを駆動させるためのインバーターの回路を構成する方法に係り、詳しくは、インバーターの電磁波ノイズ、即ち、インバーターの動作時にパワーモジュールで発生するスイッチングノイズを抑制するためのYコンデンサを含むコンデンサモジュールの回路を構成する方法に関するものである。
特に、本発明の回路構成方法は、インバーターで発生するスイッチングノイズをより効果的に低減することができるコンデンサモジュール回路を構成することができ、併せて、素子の仕様選定のために試験を通した従来の電磁波性能検証方式において、多大のサンプル製作費及び人力などよ要した問題点を改善することができる方法を提供するものである。
図3はインバーター内のコンデンサモジュール11の構成と合せて、本発明による解釈過程でスイッチングノイズの周波数成分別に求められた等価回路及びダンピングインピーダンスの構成を表している。
即ち、選定されたコンデンサ値(コンデンサC1,C2値)を考慮してダンピング抵抗とインダクターのうち必要な素子を組み合わせたダンピングインピーダンス回路Zを追加し、このとき抵抗とインダクター素子値、即ち、抵抗値及びインダクタンスはシミュレーション過程でYコンデンサC1,C2の容量と共に選定される。
従って、高調波周波数ノイズが重畳されることを考慮して、本発明ではYコンデンサで実測された電流または電圧波形に対して独立的な細部周波数成分を抽出した後、そこから並列の等価回路を構成するが、この価値でダンピング抵抗成分を回路に更に反映及び可変してスイッチングノイズ電流が最小化され得るダンピング抵抗値を探し出す。
まず、[Step1]では、YコンデンサC1,C2の容量を予備選定して図3に示したコンデンサモジュール11を構成した後、予備選定されたYコンデンサC1,C2で実際の電圧または電流波形を測定する。このとき、コンデンサ値を可変させない固定されたYコンデンサC1,C2の仕様で実際の電圧の波形または電流の波形を測定したり、電圧及び電流の実際の波形全てを測定して使用することができる。
図4には実測された電流測定波形から抽出及び分離された細部周波数成分であるfc1、fc2、fc3の例を示した。前記のように周波数成分別の分離が行われれば、図3に示すように、分離された各周波数成分別に抵抗R1,R2,R3、インダクターL1,L2,L3、コンデンサC1,C2,C3、ダンピングインピーダンス抵抗Rdが組み合わされた並列の等価回路が構成される。
そして、[Step4]で最終選定された素子値が反映されたコンデンサモジュールの等価回路が完成される。
結局、[Step3]と[Step4]の過程を通して最終の等価回路が完成すると、これを基にして実際のコンデンサモジュールの単品が製作される。
この分かっていない値を探し出すために実際の電圧、電流波形を測定し、シミュレーション回路(並列等価回路)を構成した後、シミュレーション回路上の抵抗値とインピーダンス値を調整して、実際の波形と最大限同一のシミュレーション波形を得ることができるシミュレーション回路内の素子値を選定する。
このとき、ダンピングインピーダンス回路Zは、抵抗またはインダクターを使用したり、抵抗とインダクターを全て使用して構成される。
本発明の場合、(b)電磁波性能の改善のためのコンデンサモジュール11の構成時、コンデンサC1,C2値だけでなくダンピングインピーダンスまで解釈及びシミュレーションをした後、その結果を基にしてコンデンサモジュール11の内部にダンピングインピーダンス回路Zを挿入、構成する。これを以って、ノイズの大きさを低減させるだけでなく周波数の調節も可能となる。
このようなノイズの大きさ及び周波数の調節は、回路の時定数、即ち、コンデンサモジュール11を構成するYコンデンサC1,C2の容量、そしてダンピングインピーダンス回路Z内の素子(抵抗、インダクターなど)の構成及び配置、各素子の値(抵抗値、インダクタンス)の調整を通して可能となる。
更に、本発明では、素子の選定のためにシミュレーションを通した解釈及び予測技法が適用されるため、多大のサンプルの製作費及び人力を要するような従来の問題点を改善することができる。
2 駆動モータ
11 コンデンサモジュール
12 パワーモジュール
Claims (3)
- 電気自動車の駆動モータを駆動させるためのインバーターでスイッチングノイズを抑制するためのYコンデンサを含むコンデンサモジュールの回路構成方法において、
a)前記Yコンデンサの容量を予備選定してコンデンサモジュールを構成した後、Yコンデンサで実際の電圧または電流波形を測定する段階と、
b)前記電圧波形または電流波形を周波数帯域によってフィルタリングして独立した細部周波数成分を抽出及び分離した後、分離された各周波数成分別にインピーダンスとしての抵抗及びインダクターと、予備選定された前記Yコンデンサが並列に組み合わされ、これと直列にダンピングインピーダンス抵抗が接続された等価回路を構成する段階と、
c)前記並列の等価回路で前記抵抗、前記ダンピングインピーダンス抵抗及び前記インダクターの値を段階的に変更しながら、各変更過程で得られるシミュレーション波形を実際に測定された前記電圧波形または電流波形と比較して前記抵抗、前記ダンピングインピーダンス抵抗及び前記インダクターの値を選定する段階と、
d)前記段階cで選定された前記抵抗、前記ダンピングインピーダンス抵抗及び前記インダクターの値を使用し、前記Yコンデンサの値を変化させながらシミュレーションを行ない、ノイズを低減させる前記Yコンデンサの値を求めると共に、さらに前記ダンピングインピーダンス抵抗を調整する段階と、
e)コンデンサモジュールの最終的な並列のインピーダンス等価回路が完成すると、前記段階dで選定された容量の前記Yコンデンサと調整された前記ダンピングインピーダンス抵抗を使用して実際のコンデンサモジュールを構成する段階と、
を含むことを特徴とするインバーターコンデンサモジュールの回路構成方法。
- 前記b)段階で、特定周波数帯域の成分のみを通過させる帯域通過フィルターを利用して周波数成分別に抽出及び分離することを特徴とする請求項1記載のインバーターコンデンサモジュールの回路構成方法。
- 前記c)段階で、前記シミュレーション波形は素子の値が変更された各可変段階で並列の等価回路から得ることができる電圧波形または電流波形であり、実際に測定された電圧波形または電流波形と同一のシミュレーション波形が得られた等価回路上の素子値が選定されることを特徴とする請求項1記載のインバーターコンデンサモジュールの回路構成方法。
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