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成都華川自動車におけるワイパーモーターのEMC最適化

ジャロンのJRN統合型EMI+サージデバイスが、成都華川自動車の残留電圧を37%低減し、ISO 7637-2への適合性を向上させ、検証時間を67%短縮するのにどのように貢献したかをご覧ください。

成都華川自動車におけるワイパーモーターのEMC最適化

1. クライアントの背景:Tier-1自動車部品サプライヤーにおける検証課題

成都華川電気は、窓上げ装置、ワイパー、ボディコントロールシステムなどを多数のOEMに提供している国内有数のTier-1自動車部品サプライヤーです。同社のワイパーモータープラットフォームは12V DC電源アーキテクチャに基づいており、小型構造と高速応答が求められています。しかし、EMC試験フェーズがプロジェクト遅延の主要なボトルネックとなっています。

ISO 7637-2試験において、顧客が発見したのは以下の通りです:

伝導電圧法(レベル3)でサージ残留電圧が規制値を超えていた;

電流注入法(レベル4)では一時的な逆方向干渉が発生していた;

モータの整流中にEMIノイズのピークが過度に高く、コントローラーのCAN信号に干渉を引き起こしていました。

当初はRC吸収回路とTVSダイオードを組み合わせて使用しましたが、問題は解決しませんでした。TVSのクランプ電圧が十分に低くなく、RC吸収は温度変化により著しく劣化し、検証には複数回の再試験が必要で、平均サイクルは最大6週間にも及びました。

2. 問題分析:多コンポーネント設計のコスト

華川(ファーチュアン)のエンジニアリングチームは、テスト中に2つの主要な問題を確認しました。

整流時のピーク電圧が最大80Vに達しました。ワイパーモーターが高速運転中に方向を切り替える際、瞬間的な逆起電力がシステムの許容限界を超え、コントローラーがリセットされました。

高周波EMIスペクトル密度が規制値を超えていました。炭素ブラシの整流とPWM速度制御が重なり合って広帯域ノイズを発生させ、10~200MHz範囲でCISPR 25の限界値を超えました。

従来のRC/TVSネットワークはピークを部分的に低減できるが、広帯域干渉と低いクランプ要件の両方を同時に処理することはできない。

まさにこれが、ジャロンが介入した技術的チャンスであった。

3. ソリューション:JRN統合EMC保護設計

ジャロンのエンジニアリングチームは、このプロジェクトに対してJRN16B105MXG(1µF、16VDC、800A)とJRN16B475MXG(4.7µF、16VDC、1200A)を組み合わせたソリューションを提案した。

これらの2つのデバイスは、それぞれモーターブラシおよびコントローラー電源に使用され、「2ノード統合抑制アーキテクチャ」を構築する。

デザイン の 特徴

① 25ナノ秒未満の応答時間により、迅速なサージ抑制を実現;

② µFレベルの容量により、低周波フィルタリング性能を向上;

③ セラミックバリスタ複合層により、残留電圧の安定性を低く維持;

④ 既存のPCBパッケージと互換性があり、配線の変更は不要。

ハイブリッドセラミック-MOV構造により、低残留電圧(<45V)と広帯域ノイズ抑制が実現され、レイアウトの変更なしに可能となった。このプラグアンドプレイ型の交換により、検証プロセスが簡素化された。

4. 検証結果

試験はISO 7637-2の伝導電圧法レベル3および電流法レベル4を使用して実施された。

以下に試験比較結果を示す:

試験項目

従来のRC+TVSソリューション

JRN統合ソリューション

改善範囲

ピーク残留電圧

72V

45V

↓37.5%

EMIピーク(30MHz)

−32 dBµV

−46 dBµV

↓14 dB

PCB使用量

100%

42%

↓58%

検証サイクル

6週間

2週間

↓67%

一貫性の偏差

±8%

±2%

安定した改善

結果の分析:25°Cおよび85°Cの両条件下で、JRN方式は安定したクランプを維持し、滑らかな残留電圧波形を示し、二次的なバウンスは見られませんでした。

50回連続のパルス後もデバイスに劣化は見られず、優れた熱的安定性を示しました。

5. 顧客のフィードバックと量産への影響

華川(ファーチュアン)のエンジニアリングチームは試作段階で以下のフィードバックを提供しました:

「統合型ソリューションにより、すべての試験に一度で合格できました。以前はパラメータの再三の修正が必要でしたが、現在ではデバッグが不要です。」

量産フェーズ中に、顧客から以下の報告がありました:

各モーターモジュールの部品点数が3点減少しました。

BOM単価は約0.12ドル低下しました。

検証時間は40時間短縮されました。

EMC試験の合格率は98.5%に向上しました。

6. 技術的まとめと主な学び

① EMC一体型デバイスは、ワイパー、窓上げ装置、シート、テールゲートなどのマルチモーター用途に適しています。

② µFレベルの静電容量は低周波ノイズの抑制において特に重要であり、整流ノイズを大幅に低減します。

③ 騒音源に近い場所への密閉配置は成功に不可欠です。パスが短いほど、ノイズ抑制効果が高くなります。

④ ループを閉じたテスト:PSpiceモデル+ISOスクリプトにより、検証サイクルを短縮できます。

7. ビジネス価値と業界への影響

この事例は、自動車電子機器の設計における構造的な変化を示しており、「複数デバイスの積み重ね」から「機能の統合」へと移行しています。

JRNシリーズは、低クランピング、高応答性、広帯域ノイズ除去特性を備えており、検証の課題を解決するだけでなく、サプライチェーンの標準化も促進し、顧客がISOおよびCISPR規格の下でグローバルプラットフォームを迅速に採用するのを支援します。

8. 結論

Jaronの統合型JRNソリューションは、自動車用EMC設計において明確な飛躍を示しています。部品点数の削減、検証期間の短縮、コスト低下、一貫性の向上を実現しています。

これはモーターシステムの信頼性に対して測定可能なメリットを提供し、次世代自動車電子機器のベンチマークを設定しています。

ワイパーモーターEMC | 成都華川 | JRNシリーズ | ISO 7637-2適合 | 自動車電子機器

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記事タイトル: サージ保護における産業用制御システムへのTVSダイオードの応用

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