炭化珪素デバイスの高速スイッチング特性に注目したMHz級高周波電力変換器

MHz级高频功率转换器，专注于碳化硅器件的高速开关特性

基本信息

批准号：
18K13802
负责人：
奥田貴史
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K13802/
关键词：
電力変換回路高周波動作 SiCデバイスデバイスモデル駆動回路回路シミュレーション寄生インダクタンス高周波電力変換回路パワーエレクトロニクス炭化珪素トランジスタデバイスモデリングパワープロセッシング

项目摘要

本研究では炭化珪素(SiC)パワーデバイスの高速スイッチング特性に注目し，駆動周波数10 MHzをこえる高周波電力変換回路の実現をめざす．SiCは高い絶縁破壊電界を有しており，Siデバイスの物理限界をこえる高耐圧，低オン抵抗のデバイスが実現できる．SiCデバイスはSiを置きかえる形で実用化がすすんでおり，本研究ではさらにその先を見据え，Siでは成しえない高周波電力変換回路の提案をめざす．昨年度では10 MHzに対応した回路シミュレーション環境を構築した．デバイスモデルに改良を加え，10 MHzの高周波スイッチングを精度よく再現できるようにした．特にミラー期間中ではチャネル領域の非理想的な特性の影響を受けやすく，注意深くモデリングを行う必要があることがわかった．また，受動部品にも注目し，MHzクラスでの振る舞いについて詳しく解析した．これらの知見を総合し，10 MHzという極めて高い周波数領域でも精度の高い電力変換回路のシミュレーションを実現することができた．今年度では構築した回路シミュレーション環境を用いて10 MHzを超える高周波で力変換回路の設計を行った．MOSFETの帰還容量や出力容量の影響を吟味し，スイッチング速度を制限している物理について考察した．また，寄生インダクタンスの影響についても詳細に調べ，回路パターンの最適化を行った．これにより，13.56 MHzの動作周波数においても直流100 Vから200 Vへの昇圧を実現することができた．また，今回得られた知見を1 MHz級電力変換回路に応用することで，1 kWの昇圧回路においても変換効率95%と非常に高い値を実現した．本研究にて得られた知見は高周波電力変換回路の設計に資するものだと考えられる．

在这项研究中，我们专注于碳化硅（SIC）功率设备的高速开关特性，并旨在实现高频电源转换电路，其驱动频率超过10 MHz。 SIC具有很高的分解电场，可实现超过SI设备物理极限的高电压和低电压设备。 SIC设备正在代替SI实用，在这项研究中，我们更远地考虑了这一点，并旨在提出一个高频电源转换电路，而SI无法实现。去年，我们创建了一个支持10 MHz的电路模拟环境。已改进了设备模型，以使10 MHz高频切换的准确再现。发现在镜像时期，通道区域的非理想特征特别容易受到非理想特征的影响，并且需要仔细的建模。我们还关注被动组件，并详细分析了MHz类中的行为。通过结合这些发现，即使在10 MHz的极高频率范围内，我们也能够实现高准确的功率转换电路模拟。今年，我们使用我们构建的电路模拟环境以高于10 MHz的高频设计了力量转换电路。我们检查了MOSFET的反馈电容和输出电容的影响，并讨论了限制开关速度的物理。此外，还详细研究了寄生电感的影响，并优化了电路模式。这允许即使在工作频率为13.56 MHz的工作频率也将DC从100 V增加到200 V。此外，通过将这次获得的发现应用于1 MHz类的功率转换电路，即使在1 kW的助推器电路中，也达到了非常高的转化效率95％。本研究中获得的发现被认为在高频转换电路的设计中很有用。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A Flyback Converter with SiC Power MOSFET Operating at 10 MHz: Reducing Leakage Inductance for Improvement of Switching Behaviors

DOI：
10.23919/ipec.2018.8507361
发表时间：
2018-05
期刊：
2018 International Power Electronics Conference (IPEC-Niigata 2018 -ECCE Asia)
影响因子：
0
作者：
Kazuki Hashimoto;T. Okuda;T. Hikihara
通讯作者：
Kazuki Hashimoto;T. Okuda;T. Hikihara

MOSFETのためのディジタルアクティブゲートドライバに関する一検討

MOSFET 数字有源栅极驱动器的研究