4象限電圧シミュレータを用いた車載電子機器の耐性試験の最適化

抽象
自動車の電気ネットワークは、電圧降下、極性反転、高周波リップル、過渡パルスなど、複雑な電気的障害の影響を受けやすい。ECUやBMSなどの自動車用電子部品は、車両組み立て前に厳格な電源耐性検証に合格する必要がある。従来の単極テスト電源は双方向のエネルギーフローをサポートできず、実車における4象限の電気的条件を完全に再現できないため、テスト結果と実際の車両動作条件との間に明らかな乖離が生じる。4象限双極電圧シミュレータは、双方向のエネルギーフローをサポートする高精度電源シミュレーション装置である。正負の電圧と電流のシームレスなスイッチング出力が可能で、動的な電圧変動、過渡パルス、極性反転条件を正確にシミュレートする。また、カスタム波形編集、インピーダンス調整、広帯域リップル重ね合わせ機能も備えている。電圧・電流二重閉ループ制御と完全制御Hブリッジトポロジーを採用し、4象限動作を実現することで、象限間のスムーズな遷移と高精度な電圧調整を実現し、多様な複雑電源シミュレーション試験の要件を満たします。 LISUN 本論文では、LIS-APS-4010K300 4象限バイポーラ電圧シミュレータを研究対象とし、その動作原理とコア機能について説明し、車載電子機器の耐性試験における応用価値を分析し、車載電子製品の電気負荷試験のための試験参考資料を提供する。

自動車用電子機器の耐性試験における実際的な課題
車両の始動・停止、負荷の急激な変化、モーターの動作、ハーネスのインピーダンスの変動などにより、車載電源システムでは多数の過渡的な電気的干渉が発生します。12V の車載システムでは、正の電圧サージだけでなく、逆電圧パルスも発生します。特定の条件下では、試験対象機器が電力を吸収し、電源側にエネルギーをフィードバックします。GB/T 28046.2-2019、ISO 16750-2:2023、ISO 7637-2:2021 などの規格によれば、車載電子部品は、複雑な電源条件下での機能安定性を確認するために、電圧変動、極性反転、過渡パルス、リップル重畳に対する耐性試験を完了する必要があります。

一般的なプログラマブルDC電源は、一方向のみに電力を出力できます。DUTからのフィードバックエネルギーの吸収、負電圧の出力、極性反転テストの実施はできません。電圧スルーレートが限られているため、マイクロ秒スケールの過渡パルスエッジを再現することは困難です。一部のテストソリューションでは、蓄電池と信号発生器を組み合わせてテストループを構築しています。このような構成では複雑な配線が必要となり、電池の内部抵抗は充放電状態によって変化するため、出力インピーダンスが調整できず、テストの再現性が低下します。異なるオペレーターが組み立てたテストループは、かなりの測定誤差を生じさせ、標準化と再現性に関するラボの要件を満たしません。したがって、業界では双方向のエネルギーフロー、双極性出力、プログラマブル波形、連続的に調整可能なインピーダンスを備えた専用機器が求められています。4象限双極性電圧シミュレータは、上述の業界における課題を解決するために特別に開発されました。

四象限バイポーラ電圧シミュレータの動作原理と主要特性
その 4象限バイポーラ電圧シミュレータ 完全制御型Hブリッジトポロジーと電圧・電流二重閉ループ制御アルゴリズムを採用し、4象限動作を実現。正負の電圧と電流のシームレスな切り替えは、象限遷移時の妨害や電圧スパイクなしに実現されるため、試験装置による余分な干渉を回避し、被試験デバイスを保護できます。双方向エネルギーフローをサポートする4象限バイポーラ電圧シミュレータは、被試験デバイスに電力を出力できるだけでなく、被試験デバイスからフィードバックエネルギーを吸収することもできます。実世界の車両負荷の電気的挙動を完全に再現し、回生エネルギーを処理できない従来の電源の技術的限界を克服します。

4象限バイポーラ電圧シミュレータは、波形編集ユニットを内蔵しており、DC、正弦波、方形波、三角波、指数波、およびISO 7637-2で規定されているP2bやP4などの標準パルス波形をサポートしています。カスタムの任意波形は、ExcelまたはCSV形式でインポートできます。車両のスタート/ストップやロードダンプなどの連続的な電源変動をシミュレートする複雑な複合擾乱波形を生成するために、最小時間ステップ5μsで最大500の編集ステップを組み合わせることができます。ソースインピーダンスは、0mΩから500mΩまで1mΩの分解能で連続的に調整でき、配線の長さや材質によって生じるハーネスインピーダンスの変化をシミュレートします。外部内部抵抗モジュールを接続することで、LV124やLV148-E09などの自動車メーカー規格で規定されている特別なインピーダンス要件を満たすことができます。リップル重ね合わせのための閉ループサンプリング機能を搭載した本装置は、ISO 16750-2に準拠し、10cmの位置で閉ループリップル耐性試験を実行します。内蔵のオシロスコープとFFT解析機能により、電圧・電流波形のリアルタイム観測と干渉スペクトル解析が可能となり、多数の外部計測機器が不要になり、試験ベンチのセットアップが簡素化されます。

4象限バイポーラ電圧変動シミュレーター

その LISUN LIS-APS-4010K300 4象限バイポーラ電圧シミュレータは、この製品シリーズの代表的なモデルです。±40 V DC/AC 出力、0～±10 A の定格電流、DC～300 kHz の周波数範囲を備え、ほとんどの 12 V オンボード ECU、センサー、BMS コンポーネントの耐性試験に適しています。10.1 インチの中国語/英語対応 Android 静電容量式タッチスクリーンを搭載し、自動テストシステム統合のためのリモート PC 制御をサポートしています。過電流、過電圧、短絡、過熱などの包括的な保護機能が実装されており、誤操作によるサンプルや機器の損傷を防ぎます。主な技術パラメータは表 1 に示されています。

自動車用電子機器の耐性試験における4象限バイポーラ電圧シミュレータの応用
4象限バイポーラ電圧シミュレータは、GB/T 28046.2-2019、ISO 16750-2:2023、ISO 7637-2:2021、LV124、GS95024-2などの規格で定義されている電気的耐性試験項目を完全に網羅しており、主にバッテリー電圧変動シミュレーション、クランキング電圧降下シミュレーション、バッテリー逆極性反転試験、電力線過渡パルス耐性試験、高周波リップル重畳耐性試験などが含まれます。

クランキング条件シミュレーションでは、エンジンのクランキング中に電源電圧が急速に低下し、回復します。4象限バイポーラ電圧シミュレータは、マルチステップ複合波形を生成して、高速電圧降下と低速回復の全シーケンスを再現します。調整可能なソースインピーダンスは、実際のハーネス電圧降下をシミュレートし、電源の大きな変動下でECUがリセット、クラッシュ、または通信障害を起こすかどうかをテストします。極性反転テストでは、出力電圧が同期電流転流で正から負にスムーズに遷移し、バッテリーの逆接続障害をシミュレートして、DUT内部の逆極性保護回路の信頼性を検証します。ISO 7637-2で定義されているP2bおよびP4パルスについては、マイクロ秒スケールの電圧スルーレートにより、急峻なパルスエッジを正確に再現できます。また、DUTからの回生電流を吸収することで、従来の電源でよく見られる波形の歪みを回避します。

高周波リップル重畳試験は、車載電子機器の耐性性能を検証するために不可欠です。4象限バイポーラ電圧シミュレータは、DCバイアス電圧にDC～300kHzのACリップルを重畳します。閉ループサンプリングプローブは、被試験デバイス（DUT）から10cm離れた位置で実際の電圧を取得し、閉ループ制御を行います。これにより、DUT端子におけるリップル振幅が規格要件に厳密に準拠し、テストリードによる振幅減衰が排除されるため、試験精度が大幅に向上します。4象限バイポーラ電圧シミュレータは、DUTからのフィードバックエネルギーを吸収することで、エネルギー貯蔵装置やモータ駆動装置の回生状態をシミュレートし、モータの発電やエネルギー貯蔵装置の放電シナリオを再現することも可能です。車載電子機器以外にも、鉄道輸送、航空宇宙、産業制御、医療電子機器などの電源適合性試験にも応用できます。

テスト適用効果の分析
従来の蓄電池と信号発生器を用いた試験構成と比較して、4象限バイポーラ電圧シミュレータはすべての試験条件をデジタル化して保存します。インピーダンス、波形、時間シーケンスなどのパラメータは、保存されたプロジェクトファイルから直接呼び出すことができます。異なるオペレーターや試験セッション間で完全に同一の試験条件を実現できるため、試験の再現性が大幅に向上し、手動によるループ組み立てによって生じる系統誤差が低減されます。内蔵のオシロスコープとFFT解析機能により、外部計測器の数を減らし、試験ベンチの複雑さを軽減し、計測器のトリガー同期に関するデバッグ作業を最小限に抑えることができます。

実地試験において、4象限バイポーラ電圧シミュレータのバンプレス象限遷移は、極性反転時およびパルス切り替え時の余分な電圧スパイクを回避します。被試験デバイス（DUT）に余分な干渉が注入されないため、実際の耐性低下現象を正確に捉えることができます。ただし、ISO 16750-2に準拠した完全な試験キャンペーンを実施するには、仕様に従って補助機器を導入し、完全な試験システムを構築して適合性を保証する必要があります。

結論
自動車用電子部品の機能的複雑性が増大し続けるにつれて、車載機器の電源耐性に対する要求が高まっています。従来の単極電源では、すべての標準テスト要件を満たすことができなくなりました。双方向エネルギーフロー、バンプレス4象限遷移、プログラム可能な波形、調整可能なソースインピーダンス、広帯域リップル重ね合わせを特徴とする 4象限バイポーラ電圧シミュレータ 実世界の車両電源障害環境を再現し、ECU、BMS、その他の車載電子アセンブリの耐性検証のための信頼性の高いハードウェアサポートを提供します。このシリーズの代表モデルとして、 LISUN LIS-APS-4010K300 4象限バイポーラ電圧シミュレータは、主流の12V車載電子部品の電気負荷耐性試験の大部分をカバーします。車載電子製品の信頼性向上、研究開発検証サイクルの短縮、国内外規格への適合性試験の完了に優れたエンジニアリング価値を提供します。48Vマイルドハイブリッドシステムの普及に伴い、より高電圧の4象限バイポーラ電圧シミュレータは、次世代車載電子機器試験においてますます重要な役割を果たすでしょう。