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，我们将使用能够精确测量使用下一代 SiC-MOSFET 的大容量 100 kW 双向隔离 DC-DC 转换器（DAB 转换器）的整体功率损耗的测试台，提出一种实用的“损耗分离方法”。调查了。 (a) 首先，我们提出了一种简单实用的评估 SiC-MOSFET 开关损耗的方法。将输出功率返回到输入的测量方法使得能够高精度地测量DAB转换器的总损耗，但是由于在降压-升压操作期间输入和输出桥式转换器的工作条件不同，因此有必要进行损失分离，我不能。在本研究中，我们提出了一种根据关断电流评估开关损耗的方法，该方法也可以在降压-升压操作期间应用。我们设计并制造了一个 100 kW 16 kHz DAB 转换器，并证明了该方法的有效性。 (b) 接下来，我们提出了一种降压-升压操作期间的损耗分离方法，该方法利用了所提出的方法分离的开关损耗几乎与输入/输出电压无关的事实。我们设计并制造了一个可以测量升降压操作期间效率的测试台，并在输入电压为750 V、输出电压为850 V的升压操作中应用了所提出的方法，并实现了98.96%的转换效率在额定功率为 100 kW 时，与传统桥间相移控制的 98.80% 相比，性能提高了 0.16%。 (c) 最后，通过比较用所提出的方法获得的损耗分离结果和温度引起的损耗测量结果，我们研究了寄生元件引起的附带损耗。 SiC-MOSFET可以通过提高开关速度来降低开关损耗，但电路内寄生元件引起的振动会导致损耗增加。通过理论和实验证明，附带损失是不可忽视的。研究成果(a)和(b)在国内会议上口头报告，并发表在电力电子领域最权威的期刊上。研究成果(c)在国内学术会议上进行口头报告。