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，我们专注于电源碳化物（SIC）动力设备的高速切换特性，旨在实现超过10 MHz驱动频率的高频功率转换电路。 SIC具有较高的绝缘电场，并且可以实现超过SI设备物理极限的高耐药性和低电阻设备。 SIC设备是以更换SI的形式实践的，在这项研究中，我们的目标是提出一个无法使用SI实现的高频功率转换电路。去年，建立了10 MHz的电路模拟环境。改进了设备模型，以便可以准确地重现10 MHz的高频切换。特别是在镜子时期，发现它更容易受到通道区域的非理想特征的影响，因此有必要仔细进行建模。此外，我们专注于被动零件，并详细分析了MHz类中的行为。有了这些知识，我们即使在10 MHz的极高频率区域中，我们也能够实现高精确的功率转换电路。今年，使用构造的电路仿真环境以高频超过10 MHz设计电源转换电路。我们检查了MOSFET的回报容量和输出能力的影响，并检查了限制开关速度的物理。此外，还详细检查了寄生电感的效果，并优化了电路模式。结果，即使在13.56 MHz的工作频率中，DC 100 V至200 V也可能发生压力。此外，通过将这次获得的知识应用于1 MHz - 类功率转换电路，即使在1 kW的增强电路中，转化效率的值也很高。据认为，这项研究中获得的知识有助于高频转换电路的设计。

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

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Anada Satoshi;Nomura Yuki;Hirayama Tsukasa;Yamamoto Kazuo;秋吉善忠，野田佳彦，大谷俊浩，佐藤嘉昭;高山創，奥田貴史，引原隆士
通讯作者：
高山創，奥田貴史，引原隆士

Stabilization of mode in imbalanced operation of matrix converter by time-delayed feedback control

时滞反馈控制矩阵变换器不平衡运行模式的稳定

DOI：
10.1002/cta.2556
发表时间：
2018
期刊：
International Journal of Circuit Theory and Applications
影响因子：
2.3
作者：
Sanchez Manuel;Okuda Takafumi;Hikihara Takashi
通讯作者：
Hikihara Takashi

The University of Nottingham(英国)

诺丁汉大学（英国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Enhancement of Driving Capability of Gate Driver Using GaN HEMTs for High-Speed Hard Switching of SiC Power MOSFETs

使用 GaN HEMT 增强栅极驱动器的驱动能力，实现 SiC 功率 MOSFET 的高速硬开关

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Honjo;A. Nguyen Thi Van;T. Watanabe;T. Nasuno;C. Zhang;T. Tanigawa;S. Miura;H. Inoue;M. Niwa;T. Yoshizuka;Y. Noguchi;M. Yasuhira;A. Tamakoshi;M. Natsui;Y. Ma;H. Koike;Y. Takahashi;K. Furuya;H. Shen;S. Fukami;H. Sato;S. Ikeda;T. Ha;Takafumi Okuda and Takashi Hikihara
通讯作者：
Takafumi Okuda and Takashi Hikihara