小型・高効率な次世代大容量電力変換器を実現する基板レイアウトの設計理論の確立

建立实现小型、高效的下一代大容量电源转换器的电路板布局设计理论

基本信息

批准号：
22K14242
负责人：
石原將貴
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14242/
关键词：
パワーエレクトロニクス SiC-MOSFET 誤動作電気自動車

项目摘要

次世代パワーデバイスであるSiC-MOSFETの誤動作の無い並列駆動の実現を目指し，本年度は，2並列接続した場合における基板レイアウトの設計理論の確立を目標に研究を進めてきた。まず，誤動作の2種類の発生パターンに着目して導出した簡単な等価回路を用いて，2並列した場合の誤動作が発生しないための条件を定式化した。その結果，2つのSiC-MOSFETが並列に接続されている場合の誤動作は，並列接続していない場合の誤動作と同様に，SiC-MOSFETの寄生容量値に応じて回路基板に潜在する寄生インダクタンスを適切に調整すれば回避できることを明らかに出来た。また，回路シミュレータPSpiceを用いて誤動作発生の有無と寄生インダクタンス値の関係を調べることで，導出した理論の妥当性を確認することに成功した。現在，この理論の有効性を検証するために，実際のインバータ回路を製作し，寄生インダクタンスを調整して2並列接続した場合における誤動作を回避できるかを試験中である。具体的には，ダブルパルス試験で50A程度のスイッチング試験を行い，幾つかの回路条件で誤動作の有無を検証している。その結果，おおよそ理論通りのインダクタンス値で誤動作を抑制できていることを確認できたが，まだ試験は完了しておらず，更なる回路条件下での評価が必要になっている。このまま2並列接続した際の誤動作を抑制する基板レイアウトの設計指針が確立できれば，より大電力アプリケーションにおいても，SiC-MOSFETの高速スイッチング動作を犠牲にすることなく，電力変換器を飛躍的に小型・高効率化できる可能性がある。

今年，我们一直在进行研究，目的是在并行连接两个并行连接时建立董事会布局的设计理论，旨在实现SIC-MOSFET的并行驱动，这是一种下一代动力设备。首先，使用两种类型的故障生成模式得出的简单等效电路用于制定防止在两个并行过程并行时发生故障发生的条件。结果，很明显，当两个SIC-MOSFET并行连接时，可以通过根据SIC-MOSFET的寄生电容值适当调整电路板中的寄生电感，就像在不同时连接时，可以根据SIC-MOSFET的寄生能力值进行适当调整。此外，通过检查使用电路模拟器PSpice的出现或不存在故障或寄生电感值之间的关系，我们成功地证实了派生理论的有效性。目前，为了验证该理论的有效性，我们目前正在测试是否制造了实际逆变器电路，以及当调整寄生电感的调整时，是否可以避免使用故障。具体而言，在双脉冲测试中进行了约50A的开关测试，并在几个电路条件下验证了故障的存在或不存在。结果，已经证实，大致基于理论的电感值可以抑制故障，但尚未完成测试，并且必须在进一步的电路条件下进行评估。如果我们可以为董事会布局建立设计指南，以平行连接两个平行连接时，即使在较高的电源应用中，也可以抑制故障，那么电源转换器可能会显着较小，更有效，而无需牺牲SIC-MOSFET的高速开关操作。