Development of Fast Analysis and Design of Magnetic Components for Switching Converter Driving at Several 10MHz to 100MHz

10MHz至100MHz开关转换器驱动磁性元件快速分析与设计的开发

基本信息

批准号：
22K20435
负责人：
佐藤佑樹
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Aoyama Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は、主に「磁性素子中の巻き線由来の損失の課題」に取り組んだ。磁性素子の巻き線中には、表皮効果・近接効果に関する銅損と寄生キャパシタンスを起因とする誘電損失が存在する。しかし、これらの現象は磁性素子のサイズに比べ、1000分の1以下のミクロ場での現象であり、有限要素解析を使用する場合要素数が膨大となってしまうため、計算時間が長大となってしまう。上記の問題に取り組むために、今年度申請者は、以下の2つの方法の提案を行った。(i) 寄生キャパしタンスを考慮した拡張Cauer回路の提案　(ii) 寄生キャパシタンスを考慮した均質化有限要素解析上記の方法を用いることで、高精度に寄生キャパシタンスに起因する誘導損失の効果を導入することが可能である。また、解析時間も従来の方法と比較し、非常に高速であり、結果的に100倍以上の高速化を達成している。これらの研究成果を使用することで、数100MHz帯域までの巻線由来の損失を考慮することは可能となる。これらの研究成果に関して、国際学会において、3件の発表を行なっている。2023年度は、高周波磁気損失に関して取り組む。従来は２コイル法と呼ばれている手法が広く用いられているが、高周波測定において精度低下することが知られている。そこで本研究では、共振法と呼ばれる手法を用いて、損失推定を行う。本手法を用いることで、数10MHz~100MHz帯における損失測定を行い、その後その損失推定モデルを構築する予定である。共振法に関する研究はすでに初めており、2023年3月に行われた電気学会全国大会で一件発表を行なっている。ただ、まだ10MHz以下における損失測定になるので、本年度で測定周波数を上げていく予定である。

2022财年，我们主要致力于解决磁性元件绕组产生的损耗问题。在磁性元件的绕组中，存在与集肤效应/邻近效应相关的铜损以及由寄生电容引起的介电损耗。然而，这些现象发生在小于磁性单元大小1/1000的微场中，并且当使用有限元分析时，单元数量变得巨大，导致计算时间很长。为了解决上述问题，今年申请人提出了以下两种方法。 (i) 考虑寄生电容的扩展考尔电路的提案 (ii) 考虑寄生电容的均质有限元分析通过使用上述方法，可以高精度地引入由寄生电容引起的电感损耗的影响。与传统方法相比，分析时间也非常快，加速超过 100 倍。通过使用这些研究结果，可以考虑高达几个 100 MHz 频段的绕组相关损耗。这些研究成果在国际学术会议上做了3次报告。 2023年，我们将致力于高频磁损耗。以往，广泛使用被称为二线圈法的方法，但众所周知，高频测量时精度会降低。因此，在本研究中，我们使用一种称为共振法的方法来估计损耗。我们计划使用这种方法测量几十MHz到100MHz频段的损耗，然后构建损耗估计模型。我们已经开始了共振法的研究，并在2023年3月举行的日本电机学会全国会议上做了报告。然而，我们仍在测量10MHz以下的损耗，因此我们计划今年增加测量频率。