Development of high power density MHz power converter using ultra low-profile inductor

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K14962
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21010:Power engineering-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Imaoka Jun 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60772019)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 低背化インダクタ / 塗布型磁性体コア / MHz級電力変換回路 / シミュレーション / 温度依存性 / 放熱性能

Outline of Final Research Achievements

High power density power converters are strongly needed in automotive applications. In recent years, compound power semiconductors such as gallium nitride and silicon carbide that can drive at high frequencies are in the practical stage in the industry. However, when applying the high-switching frequency drive of power devices over MHz, high heat is generated in magnetic components such as transformers and inductors. To solve this issue, this research carried out comprehensive research, including magnetic material modeling, design, and magnetic structure with high heat dissipation capability. The knowledge obtained from this research will contribute to constructing high power density converters for several applications such as aircraft, Drone, and automotive applications.

Free Research Field

パワーエレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

移動体に搭載される電力変換回路は高効率化に加えて、走行性能向上や車内空間拡大の面から体積・重量低減が強く要求される。特に、回路内において主要な重量・体積物である磁気部品を小型軽量化するには、パワー半導体の高周波駆動(MHz)が有効な方策の一つであるが、この場合、磁気部品で過度な発熱や損失増加、信頼性低下が課題となる。そこで、本研究で磁性材料のモデリングや回路との連携シミュレーション（フロントローディング設計へ寄与）、高放熱構造（塗布型インダクタや新構造のスプリットコアを用いたインダクタ）を提案し、回路中で発熱面・サイズの面から性能ボトルネックとなりやすい磁気部品の性能向上を実現した。