(57)【要約】【課題】  手動と比較して作業工数を削減するとともに、ノイズ解析専門技術者以外の技術者でもノイズ探索作業が行えるよう、伝導ノイズ経路探索を自動で行う解析装置及びノイズ経路表示装置を提供する。【解決手段】  回路に対する過渡回路解析の解析結果に基づき、その回路を構成する複数の素子の各々に流れる電流を周波数領域で変換し、その複数の素子のうち、設定された周波数における電流が最も大きい素子に接続する端子を、ノイズ源端子から探索し、ノイズ経路を特定するよう、ノイズ解析プログラム、並びにそれを用いたノイズ解析装置、及びノイズ経路表示装置を構成する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路の伝導ノイズ解析を行うノイズ解析プログラムであって、
前記回路に対する過渡回路解析の解析結果に基づき、前記回路を構成する複数の素子の各々に流れる電流を周波数領域で変換し、
前記複数の素子のうち、設定された周波数における電流が最も大きい素子に接続する端子を探索し、探索した結果に基づいてノイズ経路を特定する
ことを特徴とするノイズ解析プログラム。
【請求項２】
請求項１に記載のノイズ解析プログラムにおいて、
前記設定された周波数における電流が最も大きい素子に接続する端子を、ノイズ源端子から探索する
ことを特徴とするノイズ解析プログラム。
【請求項３】
請求項１に記載のノイズ解析プログラムにおいて、
前記設定された周波数における電流が最も大きい素子に接続する端子を、設定したノイズ評価回路の第１端子から探索を開始し、
回路における接点では、接続する素子の中で設定された周波数における電流が最も大きい素子を次の回路として選択し、それをノイズ評価回路の第２端子まで順次繰り返す
ことを特徴とするノイズ解析プログラム。
【請求項４】
請求項１に記載のノイズ解析プログラムにおいて、
前記設定された周波数における電流が最も大きい素子に接続する端子を、設定したノイズ評価回路の第１端子から探索を開始し、
接続する素子の中で設定された周波数における電流が最も大きい素子を次の回路として選択し、それをノイズ源端子まで順次繰り返し、
ノイズ源端子に達した後、接続する素子の中で設定された周波数における電流が最も大きい素子を次の回路として選択し、それをノイズ評価回路の第２端子まで順次繰り返す
ことを特徴とするノイズ解析プログラム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のノイズ解析プログラムを備えて構成されるノイズ解析装置であって、
前記ノイズ解析プログラムの解析条件として、ノイズ解析対象周波数およびノイズ源素子の少なくともいずれか一方を設定可能に構成された入力インターフェイスを更に備える
ことを特徴とするノイズ解析装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のノイズ解析プログラムを備えて構成されるノイズ経路表示装置であって、
前記ノイズ解析プログラムによる解析結果を基にノイズ経路を表示するノイズ経路表示部を更に備える
ことを特徴とするノイズ経路表示装置。
【請求項７】
電気回路図に基づき過渡解析を行ってノイズ経路を表示するノイズ経路表示装置であって、
前記電気回路図に係る回路に対する過渡回路解析の解析結果に基づき、前記回路を構成する複数の素子の各々に流れる電流を周波数領域で変換し、
始点および終点を定めて前記始点から前記終点に至る電流経路を表示し、
前記電流経路における経路上の素子は、その素子が接続する接点に接続している他の素子に対して、設定した周波数で最も電流が大きい素子である
ことを特徴とするノイズ経路表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載のノイズ経路表示装置において、
前記始点および前記終点は、設定した素子の一方の端子を前記始点とすると共にもう一方の端子を前記終点として定められる
ことを特徴とするノイズ経路表示装置。
【請求項９】
請求項８に記載のノイズ経路表示装置において、
前記過渡回路解析の解析結果に対応するノイズ解析結果と、前記電流経路に係るノイズ経路とを共に表示する
ことを特徴とするノイズ経路表示装置。
【請求項１０】
請求項７に記載のノイズ経路表示装置において、
前記始点および前記終点は、ノイズ評価回路の一方の端子を前記始点とすると共に他方の端子を前記終点として定められ、
前記ノイズ経路表示装置は、前記電流経路のうち、ノイズ源端子を経由する電流経路を表示する
ことを特徴とするノイズ経路表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のノイズ経路表示装置において、
前記過渡回路解析の解析結果に対応するノイズ解析結果と、前記電流経路に係るノイズ経路とを共に表示する
ことを特徴とするノイズ経路表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズ解析プログラム、並びにそれを用いたノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置に関わり、特に、伝導ノイズ経路を自動探索及び表示するノイズ解析プログラム、並びにそれを用いたノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
従来、寄生素子を抽出して伝導ノイズを解析する技術として、電磁界解析を用いて配線の寄生インダクタンスをもとめ、その寄生インダクタンスと回路シミュレーションとを組み合わせ、IGBTのｄV/dtを計算するものがあった（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、寄生素子を抽出して伝導ノイズを解析する技術における伝導ノイズに関して、解析結果と実測結果とが5dB以下の精度で一致することが知られていた（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
また、従来、ノイズ源の探索をプログラムによって自動的に行う技術として、複数あるノイズ源から耐ノイズ性の低い端子とのインピーダンスを順次解析することで最もノイズに影響を与えるノイズ源を特定するものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１００８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「磁界系と連成したパワー半導体デバイスレベルパワーエレクトロニクス回路の詳細シミュレーション解析法」，電気学会誌 Vol126, No.6 PP.356-356
【非特許文献２】「パワーエレクトロニクス機器のＥＭＣ対応設計技術による信頼性向上」，富士時報 Vol.84, No.2 2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
パワーエレクトロニクス機器の高効率化のため、電流をオン、オフするパワー半導体であるパワーMOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) あるいは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor）のスイッチング速度を高速化し、スイッチング損失の低減を図っている。ところで、パワー半導体がスイッチングするとき、電圧の時間変化ｄＶ／ｄｔが発生する。このｄＶ／ｄｔと配線の寄生インダクタンスあるいは配線と対地(アース)間の寄生容量などの寄生素子により伝導ノイズが発生する。この伝導ノイズは、電源配線を通じて他の機器へ影響を与えるとともに、空中に放出され放射ノイズとなる。近年、高耐圧のパワー半導体素子として、IGBTの代わりに炭化ケイ素（SiC: Silicon Carbide）や窒化ガリウム（GaN: Gallium Nitride）を使ったパワーMOSFETが量産化され、ますますスイッチング速度が高速化しており伝導ノイズは増加する傾向にある。
【０００８】
また、伝導ノイズにはほとんどの国で、国際規格の国際無線障害特別委員会（CISPR）規格に準拠したEMC（Electro-Magnetic Compatibility）の規格が制定されており、量産化にあたってはこの規格を満足する必要がある。規格に合格しているかは、量産と同じ製品で評価する必要があるが、不合格になった場合、再設計が必要なためノイズ対策には時間がかかる。このため、伝導ノイズをあらかじめ解析によって求めたいという要望が高まっている。ところで、伝導ノイズを解析により求めるためには、回路図に記載がある素子のほかに配線、あるいは筺体等の構造から寄生素子を抽出して回路解析する必要がある。寄生素子を抽出して伝導ノイズ解析した事例として、上記の非特許文献１が報告されている。この論文では、電磁界解析を用いて、配線の寄生インダクタンスをもとめ、その寄生インダクタンスと回路シミュレーションを組み合わせ、IGBTのdV/dtを計算している。さらに、上記の非特許文献２では、伝導ノイズに関して解析結果と実測結果とが5dB以下の精度で一致することが報告されている。このように、電磁界解析により寄生素子を抽出し、抽出した素子を設計回路図に付け加え回路シミュレーションすることで高精度に伝導ノイズ解析ができるようになってきた。
【０００９】
ところで、ノイズ対策のためにはフェライトコア等のノイズ対策部品をノイズ電流が流れている経路に挿入する必要がある。従来は、熟練技術者が、手動でノイズ経路を探索していた。ノイズ源の探索をプログラムによって自動で行う方法として、上記の特許文献１には、複数あるノイズ源から耐ノイズ性の低い端子とのインピーダンスを順次解析することで最もノイズに影響を与えるノイズ源を特定するとの記載がある。しかしながら、ノイズ経路を自動的に探索する手法については記載がない。
【００１０】
したがって、伝導ノイズ解析において、ノイズ経路を自動で探索するノイズ解析プログラム、並びにそれを用いたノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置を提供することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のノイズ解析プログラムは、例えば、回路の伝導ノイズ解析を行うノイズ解析プログラムであって、前記回路に対する過渡回路解析の解析結果に基づき、前記回路を構成する複数の素子の各々に流れる電流を周波数領域で変換し、前記複数の素子のうち、設定された周波数における電流が最も大きい素子に接続する端子を探索し、探索した結果に基づいてノイズ経路を特定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のノイズ解析装置は、例えば、上記のノイズ解析プログラムを備えて構成されるノイズ解析装置であって、前記ノイズ解析プログラムの解析条件として、ノイズ解析対象周波数およびノイズ源素子の少なくともいずれか一方を設定可能に構成された入力インターフェイスを更に備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のノイズ経路表示装置は、例えば、上記のノイズ解析プログラムを備えて構成されるノイズ経路表示装置であって、前記ノイズ解析プログラムによる解析結果を基にノイズ経路を表示するノイズ経路表示部を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、伝導ノイズ解析におけるノイズ経路を自動で探索するノイズ解析プログラム、並びにそれを用いたノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のノイズ解析プログラムの解析対象となるモータ駆動装置の一例を示す図である。
【図２】図１のモータ駆動装置を構成する回路の一例を示す回路図である。
【図３】図２の回路図に寄生素子を考慮した等価回路図である。
【図４】雑音端子電圧の周波数依存性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態である実施例１に係るノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置による表示例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態である実施例１に係るノイズ解析プログラムをフローチャートの形式で示した図である。
【図７】モータ駆動装置を金属基板上でノイズ評価をしていると想定した場合の寄生素子を考慮した等価回路を示す図である。
【図８ａ】本発明のノイズ解析プログラムの解析対象となるIGBTモジュールの一例を示す斜視図である。
【図８ｂ】図８ａのIGBTモジュールのＡ−Ａ´断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態である実施例２に係るノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置による表示例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態である実施例２に係るノイズ解析プログラムをフローチャートの形式で示した図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態である実施例３に係るノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置による表示例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記の通り、本発明のノイズ解析プログラムは、例えば、回路の伝導ノイズ解析を行うノイズ解析プログラムであって、前記回路に対する過渡回路解析の解析結果に基づき、前記回路を構成する複数の素子の各々に流れる電流を周波数領域で変換し、前記複数の素子のうち、設定された周波数における電流が最も大きい素子に接続する端子を、ノイズ源端子から探索し、ノイズ経路を特定することを特徴とする。また、本発明のノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置は、それぞれ、上記のノイズ解析プログラムを用いたノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置である。
【００１７】
以下、本発明のノイズ解析プログラム、並びにそれを用いたノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置の実施形態を、各実施例として、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
以下、図１〜図６に基づいて、本発明の第１の実施形態である実施例１に係るノイズ解析プログラム、並びにそれを用いたノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置について説明する。
【００１９】
図１はモータ駆動装置を示す図である。冷却フィン１上にIGBTモジュール2a,2b,2cが設置され、IGBTモジュール2a,2b,2cのエミッタ端子は、配線４ａにてコンデンサ３の低電圧側端子に接続されている。IGBTモジュール2a,2b,2cのコレクタ端子は、配線４ｂにてコンデンサ３の高電圧側端子に接続されている。コンデンサ３は、図１に図示していない直流電源に接続されている。モータ６はIGBTモジュール2a,2b,2cの出力と配線5a,5b,5cによりモータと接続されている。図１に図示していないマイコンからの制御信号がゲート駆動回路を通じて、IGBTモジュール2a,2b,2cのゲートに加えられ、その制御信号に従ってIGBTモジュール2a,2b,2cがオン、オフする動作をすることでモータを駆動する。
【００２０】
図２に図１のモータ駆動装置の回路図を示す。IGBTモジュール2a,2b,2cは上下アーム２個のIGBTが入った2in1タイプであり、下アームはIGBT7a,7c,7e及び並列に接続されたダイオード8a,8c,8e、上アームはIGBT7b,7d,7f及び並列に接続されたダイオード8b,8d,8fで構成されている。
【００２１】
ところで、配線には抵抗成分がある。また、電流が流れると磁界が発生しこれによりインダクタンスが生じる。また、配線間あるいは配線と対地間には容量が発生する。これらは寄生素子と呼ばれ、伝導ノイズは配線とともにこれら寄生素子を流れる電流によって発生する。すなわち、伝導ノイズ解析では寄生素子を考慮して回路図を作成する必要がある。
【００２２】
図３に図２の回路図に寄生素子を考慮した等価回路を示す。配線4aの寄生素子はコンデンサ３の低電圧端子とIGBT7aエミッタ間の寄生抵抗11a、寄生インダクタンス12a、IGBT7aエミッタとIGBT7cエミッタ間の寄生抵抗11b、寄生インダクタンス12b、IGBT7cエミッタとIGBT7e間の寄生抵抗11c、寄生インダクタンス12cで構成されている。配線4bの寄生素子はコンデンサ３の高電圧端子とIGBT7bコレクタ間の寄生抵抗11e、寄生インダクタンス12e、IGBT7bコレクタとIGBT7dコレクタ間の寄生抵抗11f、寄生インダクタンス12f、IGBT7dエミッタとIGBT7f間の寄生抵抗11g、寄生インダクタンス12gで構成されている。IGBTモジュール2a,2b,2cの出力とモータを接続する配線5a,5b,5cの寄生素子はおのおの寄生抵抗11h、11i、11j、寄生インダクタンス12h、12i、12jで構成されている。
【００２３】
モータ6は固定子巻線インダクタンス20a,20b,20c、固定子巻線とモータ筺体100間容量30a,30b,30cで表せる。
【００２４】
今、コンデンサ両端にLISN （Line Impedance Stabilizing Network）などのノイズ評価回路103を接続し、IGBT7bのゲートをオンに固定して、IGBT7cをオン、オフした場合、スイッチング時の電圧変化dV/dtにより伝導ノイズが発生する。図４にノイズ評価回路103で観測される電圧（雑音端子電圧）を示す。観測された電圧を高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）を行い、横軸を周波数、縦軸をdBμVで表示している。図４に示すように、ある周波数で雑音端子電圧のピークが発生している。これは、寄生インダクタンス・容量により共振回路ができるために発生する。
【００２５】
ノイズ評価回路103の一方を始点とし、もう一方を終点とした回路において、各素子に流れる電流を周波数変換し、経路上の素子は、その素子が接続する接点に接続している他の素子に対して、設定した周波数で最も電流が大きい素子とすることで伝導ノイズ経路を導けることを本発明者は見出した。また、回路シミュレータ上でノイズ評価回路を設定し、各素子に流れる電流を周波数変換し、経路上の素子は、その素子が接続する接点に接続している他の素子に対して、設定した周波数で最も電流が大きい素子を表示させることで伝導ノイズ経路を表示することができる。本発明のノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置の第１の表示例を図５に示す。なお、図５のように電源からの電流と同じ方向で流れる伝導ノイズをディファレンシャルモードノイズという。
【００２６】
図６は、図５の伝導ノイズ経路を自動探索するためのプログラムのフローチャートを示す図である。（１）まず、設定したノイズ評価回路の第1端子より経路探索をスタートし、（２）接続素子で設定周波数において最も電流が大きい素子を次の経路として選択、（３）ノイズ評価回路第２端子に達した場合、（４）経路探索完了し、（５）ノイズ評価回路端子の第1端子、経路探索で選択された素子及びノイズ評価回路端子の第２端子を結ぶ経路を表示する。なお、（３）でノイズ評価回路第２端子に達しない場合は（２）に戻り探索を継続する。
【実施例２】
【００２７】
以下、図７〜図１０に基づいて、本発明の第２の実施形態である実施例２に係るノイズ解析プログラム、並びにそれを用いたノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置について説明する。
【００２８】
図７は、図１のモータ駆動装置を金属板101上でノイズ評価をしていると想定した場合の寄生素子を考慮した等価回路図である。
【００２９】
金属板101を接地点として考えるとモータ筺体100と金属板間に寄生容量40が存在する。
【００３０】
またIGBT7a,7b,7c,7d,7e7f,7gと金属板間に寄生容量が発生する。IGBTの寄生容量が発生する理由を図８ａ、図８ｂにて説明する。図８ａはIGBTモジュール2aの斜視図、図８ｂは図８ａでのA-A‘断面図を示す。金属ベース110上に、上下に配線111a,111bをもつ絶縁基板112が設けられ、はんだ113にて接続されている。配線111a上にIGBTチップ115が設けられ、はんだ114にて接続されている。図７に示すようにIGBTチップは絶縁板112により金属ベース110及びフィン１と絶縁されているため、フィン１とIGBTモジュール2a,2b,2c間には寄生容量10a、10b、10c、10d、10e、10fが存在する。
【００３１】
モータ筺体100と金属板101の寄生容量10ｊと寄生容量10f,10e間は金属板の寄生抵抗11m、寄生インダクタンス12mが存在する。寄生容量10f,10eと寄生容量10c,10d間は金属板の寄生抵抗11l、寄生インダクタンス12lが存在する。寄生容量10c,10dと寄生容量10a,10b間は金属板の寄生抵抗11k、寄生インダクタンス12kが存在する。
【００３２】
図９は、図８ａ、図８ｂにおいてIGBT7bがスイッチングした場合の伝導ノイズ経路の表示についての実施例を示す図である。伝導ノイズ経路としては、金属板やIGBTモジュールの寄生容量を通り流れるコモンモードノイズを想定する。コモンモードノイズは、回路シミュレータ上でノイズ評価回路及びノイズ源端子を設定し、各素子に流れる電流を周波数変換し、ノイズ評価回路と第１、第2端子及びノイズ源端子の経路にあって、経路上の素子は、その素子が接続する接点に接続している他の素子に対して、設定した周波数で最も電流が大きい素子を表示させることで伝導ノイズ経路を表示することができる。
【００３３】
図１０は、図７の伝導ノイズ経路を自動探索するためのプログラムのフローチャートを示す図である。（１）まず、設定したノイズ評価回路の第1端子より経路探索をスタートし、（２）接続素子で設定周波数において最も電流が大きい素子を次の経路として選択、（３）ノイズ源端子に達した場合、さらに（４）ノイズ評価回路の第２端子に達するまで、最も電流が大きい素子を次の経路として選択、ノイズ経路探索を継続、（５）ノイズ評価回路第２端子に達した場合、（６）ノイズ評価回路端子の第1端子、ノイズ源端子、経路探索で選択された素子及びノイズ評価回路端子の第２端子を結ぶ経路を表示する。なお、（３）でノイズ源端子に達しない場合は（２）に戻り探索を継続する。
【実施例３】
【００３４】
以下、図１１に基づいて、本発明の第３の実施形態である実施例３に係るノイズ解析プログラム、並びにそれを用いたノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置について説明する。
【００３５】
図１１は、本発明のノイズ解析装置及びノイズ経路表示装置の表示画面の第３の表示例を示す図である。ノイズ解析用回路を表示する画面200とノイズ評価回路103で観測される電圧（雑音端子電圧）を高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）を行い、横軸を周波数、縦軸をdBμVで表示した画面202を同時に表示している。画面２００でノイズ評価回路及びノイズ源端子を設定し、画面202で周波数を設定するとノイズ経路が表示される。本実施例では、共振周波数とノイズ経路が同時に表示されるため、ノイズ対策が考えやすいという効果がある。
【符号の説明】
【００３６】
1：冷却フィン、
2a,2b,2c：IGBTモジュール、
3：コンデンサ、
4a,4b：配線、
5a,5b,5c：配線、
6：モータ、
7a,7b,7c,7d,7e,7f：IGBT、
8a,8b,8c,8d,8e,8f：ダイオード、
10a,10b,10c,10d ,10e ,10f：IGBT―金属板間寄生容量、
11a,11b,11c,11d,11e,11f,11g,11h,11i,11l,11m：配線寄生抵抗、
12a,12b,12c,12d,12e,12f,12g,12h,12i,12l,12m：配線寄生インダクタンス、
20a,20b,20c：固定子巻線インダクタンス、
30a,30b,30c：固定子巻線−モータ筺体間寄生容量、
40：モータ筺体―金属板間寄生容量、
100：モータ筺体、
101：金属板、
102：ノイズ評価回路、
110：金属ベース、
111a,111b：配線、
112：絶縁基板、
113：はんだ、
114：はんだ、
115：IGBTチップ、
200：ノイズ解析用回路表示画面、
201：雑音端子電圧の周波数依存性グラフ、
202：ノイズ解析結果表示画面、
203：ノイズ源端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
2016071465.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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