2022 Fiscal Year Annual Research Report
Ultra-reliable power electronics system with built-in power device degradation diagnosis technology
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20H02134
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
和田 圭二 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (00326018)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | パワーエレクトロニクス / SiC-MOSFET / 状態監視 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パワーエレクトロニクス回路の長期信頼性を向上させることを目指し、SiC MOSFETのゲート酸化膜の劣化を検出対象として検討を行った。その理由としては、Siパワーデバイスと比較し、ゲート酸化膜にかかるストレスが原理的に大きいことが知られている。この研究では、回路実装状況下における状態監視手法の提案と実機による検証を目指した。
研究成果は以下の通りである。
(1)SiC-MOSFETの状態監視には、温度依存性が小さく、長期間使用によるゲート酸化膜劣化に依存した電気的特性の変動を対象とすることが、パワーエレクトロニクス回路実装状況下で適していることを明らかにした。(2)MOSFETの入力容量をパワーエレクトロニクス機器内で測定可能な回路開発を目指し、電荷-電圧法に基づいた計測回路を開発した。この回路は、通常のパワーエレクトロニクス回路動作を目的としたゲート駆動機能も持っている。
以上の検討結果を検証するため、SiC MOSFETの連続スイッチング条件下で加速劣化を実施可能な試験装置を開発した。開発した試験装置の定格は、入力電圧500 V、出力電流50 A、スイッチング周波数100 kHzである。試験装置には電力回生機能があり、経済的に試験を実施することが可能である。さらに、連続スイッチング条件下でゲート酸化膜を加速劣化させるために、定格の2倍のゲート・ソース間電圧を印加可能な駆動回路を開発した。開発した試験装置を用いて、SiC MOSFETを対象にゲート酸化膜の加速劣化試験を連続スイッチング条件下で実施した。得られた試験結果から、劣化の傾向はスイッチングを行わない従来の加速劣化試験により得られた傾向とは異なることが確認され、開発した試験装置の有用性が確認された。
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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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