Systematization of Limit Design Theory of MHz Planar Transformers realize High Power Density

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14708
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21010:Power engineering-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: ORIKAWA Koji 北海道大学, 情報科学研究院, 助教 (50781324)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 低背トランス / プレーナトランス / 高電力密度 / 漏れインダクタンス / 負荷試験 / 損失測定

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this research is to systematize a limit design theory of MHz planar transformers realize high power density. The research results are as follows: (1) A winding structure that can disperse heat of windings and antisymmetrization of leakage inductance according to circuit configurations were realized, (2) An actual load test method using a series capacitor based on an actual load test method using only two power supplies was proposed to reduce power capacity of the power supply even an operation frequency of the transformer is MHz range, and (3) An actual load test without an external inductor was performed for a transformer require the external inductor in single-phase dual active bridge converters.

Free Research Field

パワーエレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

半導体スイッチがMHzでも高効率でスイッチングできるようになってきたことで，受動部品であるトランスの損失密度の増加が課題となっており，発熱を考慮した高電力密度化が必要とされている。それに対して，本研究の成果がMHzで動作するトランス開発の一助になることが期待される。また，MHzで動作するトランスの損失を実負荷状態下で正確にしかも分離して把握することは困難である。それに対して，本研究で検討した漏れインダクタンスのリアクタンスを直列コンデンサでキャンセルして負荷試験に必要な電源容量を低減しつつ，かつ損失を分離して測定できるアイディアは学術的に大きな価値がある。