SiC-MOSFETモジュールを使用した大容量絶縁形DC-DCコンバータの研究
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21J10386
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
羽根田 崚 東京工業大学, 工学院, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 双方向絶縁形DC-DCコンバータ / 位相シフト制御 / 損失分離 / SiC-MOSFETモジュール / スイッチング損失 / 零電圧スイッチング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，低損失な半導体スイッチであるSiC-MOSFETモジュールを使用した次世代電力変換器である大容量100 kW級の双方向絶縁形DC-DCコンバータの小型・軽量化を目指して，各部品の設計指針を学術的に示すことを目的とする。
具体的には，特別な測定環境や機器を必要としない実用的な「損失分離手法」を提案し，大容量100 kWのテストベンチの損失分離を行う。さらに提案法の妥当性を確認するために温度などを用いた各部品の電力損失の測定を行い，信頼性の高さを実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，次世代SiC-MOSFETを使用した大容量100 kWの双方向絶縁形DC-DCコンバータ（DABコンバータ）の全体の電力損失を高精度に測定可能なテストベンチを使用してSiC-MOSFETの実用的な「損失分離手法」について検討を行った。
(a)まず，簡便かつ実用的なSiC-MOSFETのスイッチング損失の評価方法を提案した。出力電力を入力に戻す測定方法では，DABコンバータの全損失を高精度に測定することが可能であるが，昇降圧動作時には入出力のブリッジ変換器の動作条件が異なるため，損失分離を行うことができない。本研究では，昇降圧動作時にも適用可能なターンオフ時の電流からスイッチング損失を評価する方法を提案した。100-kW 16-kHz DABコンバータを設計・製作し，提案法の妥当性を実証した。
(b)次に，提案法で分離したスイッチング損失が入出力電圧とはほぼ無関係であることを応用した昇降圧動作時の損失分離法を提案した。昇降圧動作時の効率測定が可能なテストベンチを設計・製作し，入力電圧750 V, 出力電圧850 Vの昇圧動作時において提案法を適用し，定格100 kW での変換効率は98.96%に到達し，従来のブリッジ間位相シフト制御の98.80%に比べて0.16%の向上を達成した。
(c)最後に，提案法で得られた損失分離結果と温度による損失測定結果を比較することで，寄生成分に起因する付随的な損失について検討した。SiC-MOSFET はスイッチングを高速化することで，スイッチング損失を低減可能であるが，回路内の寄生成分による振動が損失増大を引き起こす。付随的な損失が無視できないことを理論と実験から実証した。
研究成果(a), (b)は国内学会で口頭発表行い，パワーエレクトロニクス分野で最も権威のある論文誌に掲載された。研究成果(c)は国内学会で口頭発表行った。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
