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。

为了实现下一代功率器件SiC-MOSFET的无故障并联驱动，今年我们一直在进行研究，目标是建立两个并联连接时的电路板布局设计理论。首先，通过关注两种类型的故障发生模式而导出的简单等效电路，我们制定了防止两个设备并联连接时发生故障的条件。因此，两个 SiC-MOSFET 并联连接时的故障与未并联连接时的故障类似，都是由电路板中潜在的寄生电感引起的，具体取决于 SiC-MOSFET 的寄生电容值。能够明确表示可以通过适当的调整来避免这种情况。此外，通过使用电路模拟器PSpice来检查故障发生与寄生电感值之间的关系，我们成功地证实了推导理论的有效性。为了验证这一理论的有效性，我们目前正在制作一个实际的逆变电路，并测试是否可以在两个电路并联时调整寄生电感并避免出现故障。具体来说，我们进行了大约50A的双脉冲开关测试，以验证在几种电路条件下是否发生故障。结果，我们能够确认可以通过与理论大致一致的电感值来抑制故障，但测试尚未完成，需要在进一步的电路条件下进行评估。如果我们能够制定抑制两个并联连接时发生故障的电路板布局设计准则，那么即使在更高功率的应用中，我们也可以在不牺牲 SiC-MOSFET 高速开关操作的情况下大幅缩小功率转换器的尺寸和尺寸。高效率。