双方向電源を用いた車載高圧電装品向けLV123規格試験

2020.05.11

双方向電源を用いた車載高圧電装品向けLV123規格試験
高電圧対応　双方向電源PSBシリーズ

近年の電動化の流れにより、高圧電装品がハイブリッド、プラグインハイブリッド、電気自動車、燃料電池車などの電動化車両で広く使用されています。これらの高圧電装品をシステム内で使用する際、電気的な安全性を確保することが一つの大きな課題となります。
LV123（Liefer Vorschrift）規格は欧州の自動車メーカ中心に標準規格として策定されており、高圧電装品（60-1500V）の供給仕様として、電気的特性と電気的安全性に関する要件と各試験項目を指定しています。近年では、高圧における電気妨害に関する国際標準規格ISO7637-4も策定されており、欧州向けに限らず全世界的に高圧電装品に対する試験の需要が急増しています。
本稿では、双方向電源PSBシリーズのアプリケーションとして、高圧・高スルーレート・複雑化するLV123規格試験項目を低コスト・省スペースで満足する方法を紹介いたします。

LV123規格の試験対象は下記になります。

最大動作電圧が
DC：60 - 1500V　もしくは　AC：30 - 1000Vrms
の高圧部品もしくは高圧回路（電圧カテゴリB）
参考文献:ECS-R100、GB/T 18384.3、ISO 6469-3

LV123規格では下記の動作電圧範囲や電気妨害環境（リップルノイズなど）が定義されており、それぞれに対応した試験プロファイルが規定されています。

通常動作保証範囲　Unlimited Operating Capability
動作上限電圧　Upper Limited Operating Capability
動作下限電圧　Lower Limited Operating Capability
制御可能電圧範囲　Highly Limited Operating Capability
過電圧・過小電圧　Overvoltage / Undervoltage
高速電圧リップル印加　Present Voltage Dynamic and Present Voltage Ripple

HV-voltage ranges	overvoltage	Upper HV circuit limit voltage	Maximum operating voltage	Upper limited operating capability	Unlimited operating capability	Lower limited operating capability	Highly limited operating capability	Undervoltage
HV-operating range	B3 / B4	B3 / B4	B2	B2	B1	B2	B2 a / B3 b	B3
Unit	V d.c	V d.c	V d.c	V d.c	V d.c	V d.c	V d.c	V d.c
HV_1	220	220	200	190-200	90-190	80-90	60-80	0-60
HV_2a	410	410	360	340-360	170-340	160-170	120-160	0-120
HV_2b	500	500	470	450-470	250-450	200-250	150-200	0-150
HV_3	800	800	700	750-770	520-750	450-520	-	0-450

これらの試験要件の中では、各電圧レベルを推移するスルーレートが規定されており、通常は20V/msec、中には250V/msecという非常に早いスルーレートが必要な試験項目もあります。また、20kHzレベルの高速リップルを重畳する試験項目も存在しており、試験項目を満足するために必要な装置が大型化・高コスト化するという問題がありました。

この高圧かつ複雑な試験プロファイルを低コスト・省スペースで実現するに当たり、ドイツEA Elektro-Automatik社製の双方向電源PSBシリーズを紹介させて頂きます。

高スルーレート（最大300V/msec）
任意波形・シーケンス機能
1台に電源および電子負荷の機能が両方具備（立上り立下り共に高速）
直列接続無しで最大 2000VDCの高電圧出力
大容量・コンパクト（30kW/4U）、1MWまでの並列増設可能

シーケンス機能を使用してのLV123高電圧変動試験

PSBシリーズの任意波形・シーケンス機能によりLV123試験用の波形を簡単に設定することが可能です。また、LV123試験では800V以上の高電圧印加が必要なケースもありますが、PSBシリーズでは最大2000VDCまで出力可能です。下の図はLV123の動作上限電圧および動作下限電圧のテストプロファイルをPSBシリーズのシーケンス機能を使用して出力させた例になります。

LV123テストプロファイル

csv形式によるシーケンス設定

動作上限電圧試験

動作下限電圧試験

通常動作保証範囲試験

制御可能下限電圧試験

リップル重畳試験

外部結合装置を使用することにより、1500V までの高電圧レベルオフセットに試験電圧リップル試験を実施することができます。重畳可能なリップルは最大300kHz/±50Vpp/±10Appと高周波・大容量にも対応可能です。また外部結合方式を採用することで、試験構成を非常にコンパクトかつ低コストに構築することも出来ます。