2020 Fiscal Year Annual Research Report
高効率電気自動車に向けた理論限界を超える新規低耐圧パワーＭＯＳＦＥＴの構造と制御
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19K23518
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
齋藤 渉 (羽田野渉) 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (10741770)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| Keywords | パワーＭＯＳＦＥＴ / オン抵抗 / スイッチング制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球温暖化対策として進められている自動車の電動化において、電費向上にはバッテリーからの電力を変換する回路を構成するパワーＭＯＳＦＥＴの低損失化は必須である。本研究の目的は加工技術によるパワーＭＯＳＦＥＴの理論限界を下回る低損失を実現することであり、その手段として、補助チャネルと蓄積層を追加したアシストゲート（ＡＧ）構造とその制御技術の組み合わせを採用した低耐圧パワーＭＯＳＦＥＴを提案した。
具体的な実施内容は、以下の４点である。①構造設計に加えて、②制御設計を行い、③最適パラメータを明らかにし、④ＡＧ構造の理論限界を導出する。ＡＧ構造における主な構造パラメータは、従来のパワーＭＯＳＦＥＴの設計パラメータであるドリフト層の不純物濃度と厚さに加えて、ＡＧ構造のゲート長、酸化膜厚が加わる。そして、制御動作のパラメータは、ゲート電極の制御信号とＡＧ電極に加える制御信号のオフセット時間に加えて、ＡＧ電極に加える印加電圧など
が挙げられる。
大まかな計画としては、初年度（令和元年度）にオン抵抗を最小化させる構造パラメータを導出すると共に、最適化によるオン抵抗の低減効果を明らかにする。次年度は、スイッチング速度を最大化（スイッチング損失を最小化）させるＡＧ電極の制御信号の制御パラメータを導出すると共に、最適化によるスイッチング損失の低減効果を明らかにし、理論限界を越えた性能を実証する。
令和元年度の実績は、理論限界を下回るオン抵抗が得られることを明らかにした。令和二年度の実績は、スイッチング損失を低減させる制御信号設計を行い、ターンオフ損失が１０％、ターンオン損失が２７％低減でき、ハーフブリッジ回路における損失を１７－４６％低減できることを明らかにした。以上の結果からアシストゲート（ＡＧ）構造とその制御技術の組み合わせを採用した低耐圧パワーＭＯＳＦＥＴ理論限界を下回る低損失を実証した。
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