電力変換器設計におけるEMI対応の難しいところ
Altair Employeeこの記事は、The hard thing about EMI compliance in power converter designを日本語に翻訳したものです。
パワーコンバータは、電気システムにおいて電磁ノイズを発生させることがあり、それが電線を通して伝導し、接続されている他のコンポーネントの動作を妨害する可能性があります。すべての製品は、関連する規格で定義されたノイズ閾値を満たす必要があるため、これらの電磁干渉（EMI）問題を考慮する必要があります。高効率化とコンバータの小型化を追求する中で、スイッチング速度の高速化が進んでいます。回路内の寄生インダクタンスや寄生キャパシタンスにより、デバイスの高速動作は電磁ノイズを増加させます。
標準的な要件と比較した典型的なEMI信号出力
Altair PSIMは、電力変換器設計の初期段階において、実施されたEMI設計の決定を後押しするために使用できるシミュレーションツールです。チャンバーでのテスト中に推測とテストを繰り返す代わりに、伝導EMIの設計を決定することができます。伝導EMIの性能がどうなるかということに影響する、いくつかの重要な設計上の決定事項があります。最も重要なのは、アクティブ・スイッチの選択と、それらのゲート＆スナバリングの方法です。事実上、アクティブスイッチの損失とEMIフィルタの要件、EMIフィルタの損失を交換することになりますが、最適なシナリオは何でしょうか。また、コストや部品を最適化するために行うことができる設計上の決定は他にもいくつかありますが、EMIに隠れた影響を及ぼします。
伝導EMIを考慮するための一般的なワークフローでは、最も単純なトポロジーを除いて、シミュレーションにかかる時間は60分を超えることもあります。これは、LとCの値が小さいため、回路シミュレータで難しい時定数が発生することが原因です。PSIMのロバストソルバーとスイッチの高度な非理想モデルにより、PSIMはこれらの硬い方程式を処理し、他のソルバーでは時間がかかるか停止してしまうような場合でも、妥当な時間で収束に達することができます。並列シミュレーションは、初期条件を出発点として、自動化された設計探査によって実行することもできます。このユニークなワークフローにより、テストシナリオのシミュレーションのスループットは、他の方法と比較して1桁向上します。これらのワークフローは、例えば、2レベルインバータを3レベルT型に変更した場合の影響を調べるなど、複雑で非自明なシステムにも適用できます。
長いケーブルがもたらす寄生成分を考慮したPSIMのモータードライブモデル。
伝導EMIの問題は、設計プロセスの非常に（あまりにも）遅い段階で、プロトタイプの測定で発見されることがよくあります。これは、通常、避けたいコストのかかる繰り返しにつながります。このような問題を後回しにせず、前もって対処しましょう。シミュレーションは、システムエンジニアがEMIの観点からサブシステムの動作をより深く理解し、詳細なハードウェア/メカニカルレイアウト仕様を導き出すのに役立ちます。また、ハードウェアエンジニアが実際の回路基板やシステムのレイアウトを開始する前に、EMI要件を満たすハードウェア部品の選定やEMIフィルターの設計を実施するのにも役立ちます。
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