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次世代半導体を用いた新しいモジュール型スイッチの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K06334
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 電力工学・電力変換・電気機器
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

高柳 智弘  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J-PARCセンター, 研究主幹 (10354755)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2019年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード半導体デバイス / SiC / スイッチ回路 / モジュール基板 / 高電圧 / 大電流 / パルス / パルス出力 / 半導体スイッチ / 次世代半導体 / モジュール型回路 / 大電力高速短パルス / 高周波 / SiC-MOSFET / パルス出力波形 / 低インピーダンス化 / 環状型銅リング回路 / 次世代パワー半導体 / 多重化回路 / スイッチング回路 / 放射対称型回路 / 線対称型回路 / 回路インピーダンス / 高速伝送回路設計 / パワーエレクトロニクス
研究成果の概要

高周波特性に優れ低損失な次世代パワー半導体の一つであるSiC製のMOSFETを用いて、大電力高速短パルス出力を可能とするモジュール型スイッチ回路の設計と製作を進めた。本スイッチは、大電流化に必要な回路の並列化において、回路配列を電流伝搬時間と回路インピーダンスに差が無い等長回路の放射対称型で構成した。更に、高電圧力化に伴うモジュール基板の直列多段接続時の基板間の電流伝搬回路の形状を円リング環状型路とし、高速短パルスの出力特性に有意な低インダクタンス化も実現した。
開発したモジュール型スイッチ回路は、実験と解析の両面から、出力パルス波形において歪みが小さく理想的な急峻形状を実現したことを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

パワー半導体デバイスの技術開発は、重電メーカーや電力機器メーカーの分野である。しかし、SiC製のパワー半導体デバイス技術の開発は始まった段階であり世界中で市場がまだ形成されていない。本研究はパワー半導体の高性能化に伴い、これまでの電力変換器やパルス電源などの利用に限られた半導体デバイス技術の枠を超え、従来の性能では実現不可能であった高電圧、大電流、高速動作の性能が要求される放電型スイッチからの置換を見据えた産業技術の高度化へと展開ができる。本スイッチ回路の開発成果は、半導体デバイスの需要拡大を促し、更に、スイッチ回路の開発をメーカーに勧奨する意義をもたらす。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Development of low inductance circuit for radially symmetric circuit2019

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro TAKAYANAGI
    • 雑誌名

      IOP SCIENCE Journal of Physics: Conference Series.

      巻: 1350 号: 1 ページ: 012183-012183

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1350/1/012183

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a new modular switch using a next-generation semiconductor2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro TAKAYANAGI
    • 雑誌名

      IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series (IPAC'18: IOP Light Peer Review Volume)

      巻: 1067 ページ: 082019-082019

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] SiC-MOSFET を用いた半導体スイッチ電源の開発2018

    • 著者名/発表者名
      高柳 智弘
    • 雑誌名

      Proceedings of the 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan

      巻: - ページ: 244-248

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] パワー半導体を用いたキッカー用パルス電源とイグナイトロン代替スイッチの開発2019

    • 著者名/発表者名
      高柳 智弘,小野 礼人,植野 智晶,堀野 光喜,山本 風海,金正 倫計
    • 学会等名
      加速器学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Development of low inductance circuit for radially symmetric circuit2019

    • 著者名/発表者名
      T. Takayanagi, T. Ueno, K. Horino
    • 学会等名
      IPAC2018
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a new modular switch using a next-generation semiconductor2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro TAKAYANAGI
    • 学会等名
      IPAC'18
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] New design and developmentfor an ultrahigh-voltage short pulse switch power supply2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro TAKAYANAGI
    • 学会等名
      EAPPC
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SiC-MOSFET を用いた半導体スイッチ電源の開発2018

    • 著者名/発表者名
      高柳 智弘
    • 学会等名
      加速器学会2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2025-11-20  

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