50 DC/DCコンバータ回路におけるノイズ解析手法の開発 1. はじめに 自動車業界は、自動運転や電動化など 100 年に 一度とも言われる大きな変革期に入っている。そ れ に 伴 い、ECU (Electronics Control Unit) は 高 度化、複雑化する一方、世界的な EMC (Electro Magnetic Compatibility) 法規制の強化により、 ECU を取り巻く環境は厳しくなっている。 一般的に ECU は、自動車に搭載されたバッテ リから供給された電源を、ECU 基板に実装された DC/DC コンバータ回路で、マイコンなどの動作に 必要な電圧に変換している。このとき、スイッチ ング動作により、低周波から広帯域にわたり強力 な高調波ノイズが発生する。このような EMC に対 する製品開発における対策は、通常設計段階から 実施するが、基板などの各種設計条件が絡むため、 一 般 的 に 自 動 車 用 ECU(Electronics Control Unit)には、自動車に搭載されたバッテリの電圧 を変換するための DC/DC コンバータ回路が実装 されている。この回路がスイッチング動作すると、 広帯域に渡り強力なノイズが発生するため、EMC (Electro Magnetic Compatibility)対策が困難であ る。そのため、ECU 開発の初期段階から EMC 設 計を織り込むために、ノイズシミュレーション解 析のニーズが高まっている。 しかし、一般的なシミュレーション解析手法で は、精度と時間の問題があるため、実際の ECU 開 発で使えないことが多い。そこで、今回、新たに 効率的なシミュレーション解析手法を開発した。 本手法により、EMC 専門家ではない ECU 開発設 計者自ら、設計初期段階から EMC 設計の織り込み を容易に行うことができる。本論文では本解析手 法について述べる。 要 旨 In general, a DC-DC converter circuit which converts the voltage of battery mounted on vehicle is installed in ECU (Electronics Control Unit) for vehicle. As strong noise is generated over a wide band by switching operation of this circuit, it is very difficult to take EMC (Electro Magnetic Compatibility) measure. Therefore, the need of noise simulation analysis has become high in order to incorporate EMC design into the product design from the initial stage of ECU development. However, general simulation analysis method cannot apply to actual ECU development in many cases because of problem of the accuracy and the time. Therefore, we have developed an efficient simulation analysis method. By using this method, ECU development designer who is not an EMC specialist himself / herself can easily incorporate EMC design into the product design from the initial stage of design. We introduce this analysis method in this paper. Abstract DC/DCコンバータ回路における ノイズ解析手法の開発 Development of Noise Analysys Method for DC-DC Converter Circuit 松原 康夫 Yasuo MATSUBARA 藤井 久士 Hisashi FUJII 平林 勝次 Katsuji HIRABAYASHI 角中 明大 Akihiro KADONAKA
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50
DC/DCコンバータ回路におけるノイズ解析手法の開発
1. はじめに
自動車業界は、自動運転や電動化など 100 年に一度とも言われる大きな変革期に入っている。それに伴い、ECU (Electronics Control Unit)は高度化、複雑化する一方、世界的な EMC (Electro Magnetic Compatibility) 法 規 制 の 強 化 に よ り、ECU を取り巻く環境は厳しくなっている。
converts the voltage of battery mounted on vehicle is installed in ECU (Electronics Control Unit) for vehicle. As strong noise is generated over a wide band by switching operation of this circuit, it is very difficult to take EMC (Electro Magnetic Compatibility) measure. Therefore, the need of noise simulation analysis has become high in order to incorporate EMC design into the product design from the initial stage of ECU development.
However, general simulation analysis method cannot apply to actual ECU development in many cases because of problem of the accuracy and the time.
Therefore, we have developed an efficient simulation analysis method. By using this method, ECU development designer who is not an EMC specialist himself / herself can easily incorporate EMC design into the product design from the initial stage of design. We introduce this analysis method in this paper.
Abstract
DC/DCコンバータ回路におけるノイズ解析手法の開発
Development of Noise Analysys Method for DC-DC Converter Circuit
降圧型の DC/DC コンバータ回路の役割は、入力された DC 電圧をスイッチング素子 (MOS FET など) でオン/オフさせて分割し、コイルとコンデンサにより平滑することで所望の DC 電圧を出力する。出力電圧は、スイッチング・レギュレータ ICで常時検知し、検知した状態に合わせてスイッチング素子のオン/オフを制御して、一定の電圧を得る(図 1)。
【手順 3、4】PI シミュレーション解析で広く行われている Z パラメータによるインピーダンス特性で評価する。ふく射ノイズは、基板からのノイズふく射の抑制度合いを評価するため、電流源を観測点「PORT1」に設定して、基板を見た入力インピーダンス「Z11」のデータを取得する。一方、伝導ノイズは、基板のコネクタ端子の伝導雑音を評価するため、コネクタ端子に近い入力コンデンサを観測点「PORT2」に設定して、電流源「PORT1」から「PORT2」への伝達インピーダンス「Z21」を取得する。これらの Z パラメータ (Z11、Z21) が大きい周波数において、基板配線の悪い箇所を特定するため、「近傍界ノイズ分布」を取得する(図 8)。