2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of high power density MHz power converter using ultra low-profile inductor
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19K14962
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
今岡 淳 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (60772019)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 低背型インダクタ / 放熱性能 / MHz級電力変換回路 / シミュレーション / 比透磁率 / ソフトスイッチング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、化合物パワー半導体によるMHz級高周波駆動電力変換回路に用いる磁性材料モデリング、磁気部品設計、回路実装に関わる応用技術の検討を実施する。化合物パワー半導体によるMHz級のスイッチング周波数で高電力密度変換器を作成した場合、受動素子に対する発熱負担が大きくなり,中でもインダクタやトランスをはじめとする磁気部品で過度な損失の発生・発熱が強いられる。
これら問題を解決するため, 本研究はMHz駆動対応の磁気部品のモデリングや設計、発熱抑制技術、電力変換回路への実装技術の確立が目的である。当該研究のアプローチとしては磁性材料の選択から,これらの材料特性のモデリング, 回路への実装手段,シミュレーション, 実証的評価を総合的に実施するものである。
本年度では, 2つの位置づけから検討を行った。まず1つ目は磁性体コアの瞬時電流値に応じて非線形性に変化する比透磁率のモデリングやその温度依存性、また非線形性を考慮した応用磁気設計技術について検討をした。一般的にMHz級の電力変換器ではソフトスイッチング技術が用いられるが、このソフトスイッチングを実現する上では安定した一定のインダクタンスが求められることが多い。ただし、今後の登場する幅広い移動体（航空機、ドローン、車載用途など）で寒冷地や温暖な土地での応用・適用を考えた場合、温度変化によって大きくインダクタンスが変化する材料もあるため、温度依存性を考慮したモデリング、シミュレーション手法の立案、実験による整合性確認を確認することは重要であり、本年度ではその基盤技術を確立することができた。
2つ目は、軟磁性体の基礎文献調査並びに基礎試作も実施した。今後は回路動作を想定した適切な材料選択技術を確立するとともにMHz級電力変換回路に搭載した際の振る舞いについて実証評価を進めていく予定である。
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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
現在の進捗は磁性体コアの比透磁率の温度依存性を含めたモデリング手法、電力変換器へ搭載した場合のシミュレーション手法については既に確立した。また、軟磁性体の基礎検討も進んでおり、最終目的である「MHz駆動電力変換用超低背型磁気部品」の材料から回路までの基盤技術については、おおむね順調に進展しているものと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、現在適用を検討している磁性体コアを実際に評価していくこと、電力変換回路に搭載を想定した場合のインダクタの設計法、シミュレーションモデルを用いてをMHzレンジで動作検証、実験による実証的評価を実機を進めていく予定である。また、得られた成果については、随時学会で発表していきたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
本年度では, 高速バイポーラ電源を購入して部品評価の実施を予定していたが、申請者の研究室に新たな設備が導入され、これを流用することで評価実施ができることが判明したため使用額が減少している。未使用額については本年度新たに得られた知見を発表するため、国際会議参加費や論文投稿費や磁性体コアの試作費として活用したいと考えている。
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