2022 Fiscal Year Annual Research Report
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20K04415
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
矢野 浩司 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (90252014)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 俊 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (00020503)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | パワーデバイス / SiC / ワイドバンドギャップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、SiC-JFETとSiバイポーラトランジスタのカスコードスイッチをフォトカプラーによって光パルスで駆動するスイッチングデバイス(Optically
driven cascode switch:ODCS)を提案した。ここでカスコード中のSiバイポーラトランジスタとフォトカプラーの２次側のフォトトランジスタをダーリントン接
続して実質的にバイポーラトランジスタを駆動している。この光駆動SiCカスコードスイッチを用い、ハーフブリッジインバータ回路を試作した。同インバータ回路を動作させたところ以下の課題が顕在化した。
課題１：ODCSのターンオン動作時に、非アクティブの他アームのODCS中のバイポーラトランジスタの蓄積電荷が放出されて、過電流が流れる。これがスイッチング損失を増大させる要因となる。
課題２；出力電流（負荷電流）が比較的小さいゼロクロス付近においてODCSのターンオフ遅延時間が36マイクロ秒と非常に大きい。
課題１の解決策としては、あるアームが非アクティブ期間ではそゲートには信号を入力しない調整回路を信号発生部に組み込んだ。また課題２の解決策はODCSのバイポーラトランジスタのベースエミッタ間にシャント抵抗を挿入し、抵抗値を調整することによりODCSのターンオフ時間とオン抵抗の最適化を行った。これらの結果として、電源電圧40V、変調周波数100Hz、キャリア周波数8.5kHz、デッドタイム10μs、L負荷(0.3mH）の条件において、電力変換効率70.7%の結果が得られた。現時点でキャリア周波数および電源電圧は低いため、今後はトランジスタの放熱を工夫し、性能向上を図る予定である。
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