2013 Fiscal Year Research-status Report
電流遮断時に電流経路を変えるインテリジェントエッチドヒューズの研究
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25420242
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
山納 康 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (30323380)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 半導体保護用ヒューズ / パワーエレクトロニクス / 短絡保護 |
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| Research Abstract |
一般的なヒューズは電流の通電により可溶体が溶断するが、その電流経路は通常時も事故電流遮断時も変化しない。これに対し本研究のインテリジェントヒューズは、電流通電でエレメントの溶断部に発生するアーク放電特性によってエレメント内の電流経路が変化するという新発想のヒューズである。ヒューズの電流遮断部の遮断点数やエレメント形状の改良により，事故電流遮断時にインテリジェントヒューズを確実に正動作させて，ヒューズの遮断性能の向上を目指す。
インテリジェントヒューズの基礎研究として，その単位エレメントヒューズを設計して、電流遮断試験を実施した。この単位エレメントヒューズとは、インテリジェントヒューズの一部であり、これを直列・並列に使用することで，如何なる定格電圧・定格電流のヒューズにも応用することが可能となる。単位ヒューズエレメントは，セラミック基板上に厚メッキ部と薄メッキ部からなる電流経路のパターンが形成されたもので、薄メッキ部には，事故電流が流れたとき溶断して，アークが発生するように狭小部が設けられている。単位ヒューズエレレメントは，アーク特性の異なる(a)部と(b)部がそれぞれ対角上に2点あり，中心部に連絡ヒューズ部(c)部を設けたものを設計し、試作した。
具体的には、単位エレメントヒューズの(a)部の遮断点を2直列，4並列に分割して，更に(a)部と(b)部のアーク長などを変えることでアークの極効果やアーク長の伸長によるアーク電圧の上昇を利用することによって、(a)部，(b)部のアーク特性に違いを生じさせ，加えて(a)部、(b)部の溶断タイミングを揃えることで、(a)部と(b)部の電流のバランスが崩れさせて，電流経路を変化させることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
単位ヒューズエレメントを設計・製作し、遮断試験を行い、その時の電圧電流波形を解析することで、遮断過程で電流経路を変化させることが実現できた。遮断過程において電流経路を変化させる一つの遮断部の構造としては、単位ヒューズエレメントの(a)部，(b)部の遮断点数を2S4Pと1S2Pの組合せにしたうえで溶断点の電流密度を等しくすることである。
これにより、インテリジェントヒューズにおいて重要なエレメントの溶断部に発生するアーク放電特性によって電流の経路を変化させる指針の一つを明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
単位ヒューズエレメント内の電流経路を変化させることは実現できたが、未だ動作過電圧の上昇や遮断性能の向上を確認するには至っていない。これを実現するために単位エレメントヒューズの遮断試験を引き続き実施する。加えて、サブストレートヒューズにおける基本的な溶断部のアーク特性を把握することが必要と考えられ、単位ヒューズエレメントの(a)部、(b)部の個々のアーク特性を調査する。また、インテリジェントヒューズの詳細なアーク消弧状態を把握するためには、ヒューズの溶断点における溶断・発弧から消弧に至るまでの様子を観測できるように測定系の改良を行う。
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