次世代ゲート駆動回路の高性能・高機能化を実現する弾性境界波フィルタの開発

开发实现下一代栅极驱动电路高性能和高功能的声界面波滤波器

• 批准号: 22H01476
• 负责人: 五箇 繁善
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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-22H01476/
• 关键词: 境界弾性波; PBAW; 次世代ゲート駆動システム; 次世代インバータ; ゲート駆動回路; PBAWフィルタ; SAWフィルタ; 多重通信; ワイドギャップ半導体

本研究の目的は，次世代電力変換回路の多重化・高信頼化を実現するために，申請者グループが開発してきた「弾性表面波(SAW)を用いた次世代ゲート駆動回路」の大幅な高性能・高機能化を図ることである．最大の特徴は，これまでのSAWフィルタを境界波(PBAW)フィルタへと転換させ，耐電圧性能(絶縁性能)を大幅に改善し，取扱い容易なチップモジュール化(小型化)を実現する点にある．このために，PBAWフィルタの設計とその作製・評価，PBAWフィルタの動作状態リアルタイム検出化およびゲート駆動回路の高速スイッチング動作化を実現させ，パワーエレクトロニクス分野に必要なPBAWフィルタの物性を解明し，実用性能を備えた次世代ゲート駆動回路の実現化が目標となる．初年度となる2022年度は，本提案法で一番重要となる①PBAWフィルタの作製に向けた基礎検討および②駆動波形の高速スイッチング化に関する研究を行った．具体的な研究内容と得られた研究実績を下記に示す．①に関し，デバイスに必要となる弾性境界波の励振を確認するためリチウムナイオベート基板上に金電極による櫛型電極を作製して基礎特性の評価を開始した．本年度は特性が良好な試料を選択するところまで進められた．今後はSiO2皮膜を製膜してPBAW励振の確認を行う．②については，高速スイッチン波形伝送のために1本の同軸線での伝送であるが信号伝送チャネルとエネルギー伝送チャネルの2チャネル構成とした新たな伝送システムの提案と検証を行った．計測結果からは，5MHzでのゲート駆動信号の伝送を確認でき，本システムとしては500倍の高速化を実証した．

这项研究的目的是显着提高申请人组开发的“下一代栅极驱动电路（SAW）”的性能和功能，以实现多重和可靠的下一代功率转换电路。最大的特征是它将以前的锯过滤器转换为边界波（PBAW）过滤器，极大地提高了电压（绝缘性能），并实现易于处理的芯片模块（小尺寸）。为此，PBAW滤波器设计，制造和评估，PBAW滤波器操作状态的实时检测以及门驱动电路的快速开关操作，阐明了电力电子场所需的PBAW滤波器的物理性能，并且目标是实现下一代栅极驱动电路。在2022年的第一年，我们进行了研究1）该提出方法的最重要方面，1）制造PBAW过滤器的基本研究； 2）驱动波形的高速切换。特定的研究内容和获得的研究结果如下所示。关于1，为了确认设备所需的边界声波的激发，将带有金电极的梳状电极在硝酸锂底物上制造，以评估基本特性。今年，我们已经发展到选择具有良好特征的样品的地步。将来，将形成一部SiO2膜以确认PBAW激发。关于②，我们提出并验证了一个新的传输系统，该系统是在单个同轴线上传输的，用于高速开关波形传输，但具有两个通道，一个信号传输通道和一个能量传输通道。测量结果证实，在5MHz处的栅极驱动信号传输表明该系统的速度更快。