SiC-MOSFETモジュールを使用した大容量絶縁形DC-DCコンバータの研究

基于SiC-MOSFET模块的大容量隔离式DC-DC变换器研究

基本信息

批准号：
21J10386
负责人：
羽根田崚
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，次世代SiC-MOSFETを使用した大容量100 kWの双方向絶縁形DC-DCコンバータ（DABコンバータ）の全体の電力損失を高精度に測定可能なテストベンチを使用してSiC-MOSFETの実用的な「損失分離手法」について検討を行った。(a)まず，簡便かつ実用的なSiC-MOSFETのスイッチング損失の評価方法を提案した。出力電力を入力に戻す測定方法では，DABコンバータの全損失を高精度に測定することが可能であるが，昇降圧動作時には入出力のブリッジ変換器の動作条件が異なるため，損失分離を行うことができない。本研究では，昇降圧動作時にも適用可能なターンオフ時の電流からスイッチング損失を評価する方法を提案した。100-kW 16-kHz DABコンバータを設計・製作し，提案法の妥当性を実証した。(b)次に，提案法で分離したスイッチング損失が入出力電圧とはほぼ無関係であることを応用した昇降圧動作時の損失分離法を提案した。昇降圧動作時の効率測定が可能なテストベンチを設計・製作し，入力電圧750 V, 出力電圧850 Vの昇圧動作時において提案法を適用し，定格100 kW での変換効率は98.96%に到達し，従来のブリッジ間位相シフト制御の98.80%に比べて0.16%の向上を達成した。(c)最後に，提案法で得られた損失分離結果と温度による損失測定結果を比較することで，寄生成分に起因する付随的な損失について検討した。SiC-MOSFET はスイッチングを高速化することで，スイッチング損失を低減可能であるが，回路内の寄生成分による振動が損失増大を引き起こす。付随的な損失が無視できないことを理論と実験から実証した。研究成果(a), (b)は国内学会で口頭発表行い，パワーエレクトロニクス分野で最も権威のある論文誌に掲載された。研究成果(c)は国内学会で口頭発表行った。

今年，我们使用测试工作台研究了一种实用的SIC-MOSFET的“损失分离方法”，该测试台可以衡量使用下一代SIC-MOSFET的大容量100 kW双向隔离型DC-DC转换器（DAB转换器）的总体功率损失。（a）首先，我们提出了一种评估SIC-MOSFET的开关损失的简单且实用的方法。在将输出功率返回输入的测量方法中，有可能以高精度测量DAB转换器的总损失，但是在升级和刷卡操作中，输入/输出桥转换器的工作条件有所不同，从而使得无法执行损失分离。在这项研究中，我们提出了一种评估关闭当前转换切换损失的方法，该方法也可以在升级和加速操作期间应用。设计和制造了100 kW 16 kHz DAB转换器，证明了该方法的有效性。（b）接下来，我们提出了一种在升级和加速操作期间的损失分离方法，该方法应用了一个事实，即通过所提出的方法分隔的开关损耗几乎与输入和输出电压无关。设计和制造了一个测试台，以允许在升级和倒倒操作过程中测量效率，并在升级操作过程中应用了提出的方法，输入电压为750 V，输出电压为850V。额定值为100 kW的转换效率达到98.96％，达到98.96％，达到0.16％的转移阶段，将其提高到0.16％的转移阶段，将其提高到0.16％的转移98.80％-80％ - 80％-80％ - 80％ - 80％ - 80％ - 80％ - 80％互动。（c）最后，通过将提出的方法获得的损失分离结果与由于温度引起的损耗测量结果，我们检查了由寄生成分引起的偶然损失。 SIC-MOSFET可以通过提高开关速度来减少开关损失，但是电路中寄生成分引起的振动会导致损耗的增加。理论和实验表明，偶然损失不容忽视。研究结果（a）和（b）在国内学术会议上口头呈现，并在电力电子领域的最负盛名的期刊上发表。研究结果（C）在国内学术会议上口头介绍。