2015 Fiscal Year Research-status Report
共振型DC-DCコンバータの更なる効率改善を実現する磁気デバイスの開発
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15K05933
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
早乙女 英夫 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50261938)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | DC-DCコンバータ / 磁気デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高周波磁気デバイスに施した巻線にDC-DCコンバータ実装時と同様な多様な電圧波形を印加するため，高電圧・高dv/dt性能を有する高精度方形波電圧発生装置を開発した。本装置の開発により，例えばフェライトコアに対し，磁束密度の時間変化率換算（dB/dt）で 1,000 mT/μs 程度までの高電圧において動的磁気損失の測定および動的磁気損失パラメータの同定が可能となった。
Mn-ZnフェライトおよびNi-Znフェライトに対し，上記の高精度方形波電圧発生装置を用いてdB/dtに依存しないヒステリシス損失および動的磁気損失の０℃と常温での温度特性をそれぞれ測定したところ，ヒステリシス損失には従来から知られている明らかな温度依存性があったが，動的磁気損失には顕著な温度特性が見られないことが分かった。
同じ磁気損失であるヒステリシス損失と動的磁気損失の温度特性の相違は，すなわち両者の損失発生メカニズムに相違があることを意味すると洞察し，後者に対する試行計算として，結晶粒内の渦電流損失と仮定したモデルで定量的損失解析を実行した結果，その仮定は否定されることが明らかとなった。
エアギャップ付トランスでは，エアギャップ周辺に漏れ磁束が発生し，その一部が巻線を貫通して巻線内に渦電流が生じる。このメカニズムによる損失を近接効果による銅損と呼び，トランスの効率改善上の大きな課題となっている。
近接効果による銅損を考慮したエアギャップ付トランスの等価回路の構築を試み，カスケード型開放試験および改良型短絡試験を考案してトランス回路定数の同定を行った。
電流共振型DC-DCコンバータを鏡面対称に構成した双方向DC-DCコンバータの伝送電力向上を目的として，いくつかのスイッチングパターンをシミュレーションで検証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた高電圧・高dv/dt性能を有する高精度方形波電圧発生装置の開発は概ね完了したが，若干の信号タイミングの補償を行う必要がある。
エアギャップ付トランスに関しては，近接効果による銅損についての解析は進展したが，励磁電流削減手段については，机上検討中である。
双方向DC-DCコンバータの伝送電力向上については，先行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
フェライトコアの動的磁気損失の温度特性に関し，より幅広い温度範囲において測定し，また，最大磁束密度およびdB/dt値の条件もより広い範囲で測定する。
方形波電圧で同定した動的磁気損失パラメータを適用し，正弦波電圧あるいは三角波電圧による励磁での磁気特性のシミュレーションを行い，それらを実験値と比較し，同定した動的磁気損失パラメータの有効性を検証する。
双方向DC-DCコンバータの伝送電力の増大を図った制御法を考案し，その有効性を実験でも実証する。
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