2022 Fiscal Year Annual Research Report
Application of Power Semiconductor to Direct-Current Interruption and Evaluaation of Current Interruption Performance
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20H02130
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
横水 康伸 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50230652)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 直流遮断 / パワー半導体素子 / 限流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低電圧需要家内の給配電システムにおいて，DC伝送化の動きが進んでいる。本研究は，ワイドギャップ系パワー半導体(SiC系MOSFET)のスイッチング機能を電流遮断に適応させ，限流機能を具備したパワー半導体型モデルDC遮断器の回路構成・仕様を提案すること，次いで遮断過程での電流およびPN接合部温度の過渡推移などを明らかにすることを主目的としている。
抵抗によるDC限流機能を具備したモデル遮断器を考案し，DC限流遮断および過渡的発生電圧のプロセスを提示し，さらに半導体の接合部温度上昇も明らかにしてきた。
他の遮断方式として，DCを減衰振動電流に変化させ，ひいては電流を遮断する方式を見出し，この方式を用いたモデル遮断器の回路構成を提案した。次いで，遮断器の限流遮断ユニットにおける抵抗Rをいくつかの値に設定し，380 V直流電源のもとで，突入電流の遮断を課し，モデル遮断器によるDC遮断プロセスと半導体ドレイン－ソース間電圧の推移を求めた。R=1オームでは，遮断開始時刻0 msから，DC電流が周波数1.50 kHz の減衰振動電流(時定数1.70 ms)に変化し，限流遮断ユニットに備えられたMOSFETによって2.6 msで電流遮断を達成できた。R=8オームでは，減衰振動電流の時定数は0.30 msに短縮し，2.4 msで遮断できた。R=1および8オームのいずれでも，PN接合部の温度上昇は約3 Kであると推定できた。しかし，R=15オームに高めた条件では，分離ユニットにおけるMOSFETのドレイン－ソース間に時刻0 msで約910 Vの過渡電圧が発生し，MOSFETの耐電圧を超えてしまうことがわかった。したがって，遮断器仕様として，Rを1あるいは8オームに設定すれば，SiC-MOSFETの電圧許容値・温度許容値を超えることなく，電流遮断できることを明らかにできた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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