高電圧保護およびEMI抑制ソリューションを使用してEV充電の安全性を向上

電気自動車（EV）技術が急速に進化し、充電効率やエネルギー密度の向上に伴い、高電圧システムが全体構造の重要なコアとなっています。しかし、充電電圧や電流値が増加するにつれ、充電システムの安全性及び電磁適合性（EMC）はより厳しい課題に直面しています。高電力伝送中に、堅牢な高電圧保護機構や電磁干渉（EMI）抑制設計が欠如している場合、部品の損傷、通信エラー、さらには人員に対する危険が生じる可能性があります。そのため、高電圧保護とEMI抑制機能を組み合わせたソリューションを開発することが、EV充電の安定性と安全性を確保する上で不可欠です。本記事では、自動車充電用途に特化したYAGEOからのイノベーションソリューションとともに、主流の高電圧保護戦略及びEMI抑制技術について探ります。

電気自動車の広範な普及における重要な要因の一つは、消費者の購買意欲を高める便利な充電ステーションの利用可能性です。EV充電システムでは、数百ボルトから数千ボルトに及ぶ高電圧電力伝送が関わる場合が多いです。システムの安全性を確保し、EMC基準に準拠するためには、高電圧保護およびEMI抑制ソリューションが不可欠です。高電圧保護設計は、過電圧、過電流、短絡、絶縁の故障によって引き起こされる機器の損傷や人身危険を防止することを目的としています。充電システムにおける高周波スイッチング電源と大電流伝送はEMIを発生させる可能性があり、それが車両電子機器や通信モジュールに干渉する可能性があります。

充電ステーションは、電流の種類に基づいて3つのレベルに分類されます。レベル1はAC <2KWを使用し、家庭用アプリケーションに適しています。レベル2はAC 3.9–19.2KWを使用し、屋内の公共スペース向けに設計されています。レベル3はDC 24–300KWを採用し、公共の高電圧充電を目的としています。EV充電におけるもう一つの新たなトレンドはワイヤレス充電です。これにより、感電のリスクが排除され、電力伝送部品が削減され、さらに大きな利便性が提供されます。

EV充電器の設計アーキテクチャは主にEMIフィルタ、力率補正（PFC）、コンバーター（AC-DC、DC-DC）、およびフィルターを含みます。さらに、通信モジュール、中央システムユニット、電力コントローラー、マイクロプロセッサ、ディスプレイを統合することで完全なEV充電システムを形成することが可能です。充電電圧と電力レベルが上昇するにつれて、高電圧MLCCは高速充電施設の高出力変換回路において重要な役割を果たします。

DC-Link、スナバ、デカップリング、LLC共振回路、EV充電器における共振型ワイヤレス電力伝送などの用途では、コンデンサが不可欠です。これらは、容量密度、容量の温度係数 (TCC)、容量の電圧係数 (VCC)、低ESR、低インダクタンス (ESL)、高DC電圧 (定格電圧)、高AC電圧 (パルス)、高AC電流 (リップル電流)、高温動作 (≥125°C)、高周波動作 (>100kHz) など、多様な要件を満たす必要があります。高品質のコンデンサのみが、EV充電器の安全性と効率的な運用を確保できます。

YAGEOは、幅広いサイズで高電圧NPO MLCCシリーズを提供しており、CC商用高電圧アプリケーションをサポートします。ケースサイズは0805から2220まで、電圧範囲は500Vから3KV、静電容量範囲は0.2pFから220nFまでとなっています。AC自動車高電圧アプリケーション向けには、ケースサイズは0805から1210まで、電圧範囲は500Vから2KV、静電容量範囲は10pFから33nFまで対応しています。NPOおよびX7R誘電体材料を使用したカスタム仕様が利用可能で、最も包括的な高電圧ポートフォリオを提供します。

YAGEOの高電圧NPO MLCC製品ラインには、1206および1210サイズのケースで630Vに対応する一般的な終端シリーズと、1210サイズのケースで1kVに対応する製品が含まれます。これらのMLCCは、ソフト終端、高い熱安定性（最大200°C）、90日の製造リードタイム、および直流定格電圧を特長としています。これにより、高効率、熱安定性、信頼性を提供し、産業用電源、LLC共振回路、充電ステーション、代替エネルギー、高出力照明、およびサーバー用電源に適しています。

YAGEOの高電圧NPO MLCCは、破壊電圧が向上しており、電圧サージや過渡電流スパイクに対する保護が強化されています。これにより、高電圧アプリケーションでの安全マージンが向上し、故障リスクが低減され、製品の長寿命が確保されます。低い温度上昇と優れた熱管理機能により、これらのMLCCは過熱リスクを最小限に抑え、コンポーネントの寿命を延ばし、高負荷時の運用効率を向上させます。また、内部電極の連続性が85%から93%へと向上したことで信頼性が強化されており、ストレス下でも安定した性能を維持し、過酷な環境下で優れた信頼性を発揮します。

YAGEOの安全コンデンサは、UL/TUV認証を受けており、サージ保護および高周波EMIフィルタリングをサポートします。SC（一般端子）タイプおよびST（ソフト端子）タイプが用意されており、ケースサイズには1808、2211、2220が含まれます。X1/Y2およびX2シリーズはNPOおよびX7R誘電体材料を特徴とし、250 VACに対応、1,500 VACに耐え、インパルス電圧として5,000V（X1/Y2）および2,500V（X2）に耐えます。静電容量は100pFから5.6nFまでの範囲で、製造リードタイムは90日です。

PulseはYAGEOグループの一部門であり、EV充電器向けにイーサネット磁気部品を提供しています。これには、ディスクリートLANトランスフォーマ、統合コネクタモジュール (ICM)、信号レベルのコモンモードチョーク (CMC)、通信コネクタ (RJ45/RJ11、USB、光ファイバーケージ)、およびBMS磁気部品が含まれます。これらの製品は、産業およびエネルギー、交通、通信などの市場に対応しています。

EV充電ステーション向けに、YAGEOはCAN Class I、II、およびCAN-FD Class Iの速度要件を満たすCANコモンモードチョークを提供しています。インダクタンスは11µHから100µHの範囲で、パッケージサイズは1812および1210です。動作温度範囲は-40°Cから125°Cです。

ICM製品向けに、YAGEOはJXD2およびJXD7-06シリーズを発売しました。JXD2シリーズは、1x1構造を特徴とし、トップエントリーの開口部があり、10/100から1ギガビットの速度をサポートします。電圧/電流IC駆動、GY、GY/GY、またはGO/Y（カスタマイズ可能）のLEDをサポートし、EMIスプリングを使用せず、波形/リフローはんだ付けが可能です。JXD7-06シリーズにはタブアップの1x1構造が含まれており、PoEをサポートし、ハロゲンフリーで、10/100から2.5ギガビットの速度に対応しています。また、電圧/電流IC駆動、GY、GY/GY、またはGO/Y（カスタマイズ可能）のLEDをサポートし、オプションでEMIスプリングを備え、波形/リフローはんだ付けが可能です。

YAGEOのRJ-45コネクタは、EV充電ステーション向けに設計されており、コンパクトなフットプリントでPCBのスペース効率を高めます。1x1構造はEthernet 100/1000またはRS232/485をサポートし、二色のLEDが動作モードを示します。堅牢な設計により、-40°Cから85°Cの温度範囲で動作します。

YAGEOのSMT電力線通信コンポーネントBM6154NLは、3–30MHzの広帯域周波数応答を提供し、産業および自動車温度範囲-40°Cから125°Cをサポートします。その巻線比はさまざまなPLCチップセットに対応し、250V主電源のIEC-62368に準拠し、自動車用途のAEC-Q200を満たし、ISO/IATF16949およびPPAP設計に適応可能です。

YAGEOのMSA製品ラインにはEMIコアが含まれています。B-20シリーズは分割されていないタイプのフェライトビーズ、小型サイズ、PCBA上の部品ピンでの使用に適しており、広い周波数帯域で、無塗装/コーティングタイプがあり、150KHzから600MHzの周波数に適しています。ESD-R/ESD-R-SR/ESD-R-H/ESD-R-Bシリーズは、ケーブルおよび電源ライン用にさまざまなサイズの分割されていないタイプのフェライトコアを使用し、無塗装/コーティング/ケースタイプで提供され、250KHzから600MHzの周波数をカバーします。

ESD-SR/ESD-SR-H/ESD-SR-HLシリーズは、複数のサイズのスプリットタイプフェライトコアをケーブルおよび電力線用に採用しており、10MHzから600MHzの高周波アプリケーションに適しています。ESD-R-NC23シリーズはナノ結晶材料を採用し、非スプリットタイプで、広帯域アプリケーションと超大型サイズをサポートし、低周波性能（150KHz–600MHz）に優れています。ESD-SR-Mシリーズは高μ（5H）材料を使用したスプリットタイプフェライトコアを特徴とし、低周波性能（150KHz–10MHz）および大きな寸法を提供します。

YAGEOの金属複合電力インダクタ - MPXシリーズ - は、高電流用途向けに金属電力素材を使用し、優れたEMI性能、高温安定性、高い磁気飽和特性を提供します。定格電流は2～90A、インダクタンスは0.1～100µH、直流抵抗（RDC）は0.48～341.2mΩに対応しています。

YAGEOの柔軟性に優れたサプレッサーは、シートタイプまたはロールタイプで提供され、薄く柔軟な材料を使用しているため、携帯用デバイスに最適です。用途はほぼ無限で、迅速に設置できる上、任意の形状に簡単にカット可能。RoHS準拠でハロゲンフリーです。AEC-Q200（FF1およびEFF4）に準拠し、SHFバンド（EFS）でも使用可能で、近接場のノイズ抑制に優れ、シールドケース制約を補完します。PCB回路、FPC、チップパッケージ、またはシールドケース内などの狭いスペースに最適で、FMラジオ、デジタルテレビ、LTE、GPS、Wi-Fi、Bluetooth、光トランシーバーなどの一般的な周波数帯域に対応しています。EFF4（AECQ-200）、FF1（AECQ-200）、EFW、EFX6、FX5、FW5シリーズは10MHz～2GHzで最も効果的であり、EFG2、EFG3、FG1、FG2シリーズは2GHz～5GHz、EFSおよびFS1シリーズは5GHz～50GHzをカバーします。

EV市場が急速に拡大する中、充電システムの安全性と安定性が重要な設計優先事項となっています。堅牢な高電圧保護対策は、過電圧、過電流、絶縁障害などのリスクを効果的に軽減し、先進的なEMI抑制技術は通信、制御システム、およびその他の電子部品における電磁干渉を大幅に低減します。部品選択、回路設計、システム統合を考慮することで、信頼性とEMCを組み合わせた充電ソリューションを開発することが、EV充電の安全性を向上させる鍵となります。本記事でYAGEOが紹介する高電圧保護およびEMI抑制製品ラインは、電気自動車の充電環境をより堅牢で安全なものに貢献します。