| 研究課題/領域番号 |
20H02130
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
横水 康伸 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50230652)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | 直流遮断 / パワー半導体素子 / 限流 / DC給配電システム / 電流遮断 / パワー半導体 / 半導体デバイス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
半導体分野では，パワー半導体の大電流化・高電圧化が進展し，パワー半導体の定格電流・定格電圧は上述のDCシステムに対応できるレベルに達してきた。パワー半導体では，コントロール回路によって，導通状態・非導通状態にスイッチングできる。本研究の主目的は，パワー半導体のスイッチング機能を電流遮断に適用し，限流機能を具備したパワー半導体型モデルDC遮断器の回路構成・仕様を提案すること，次いで，遮断過程での電圧・電流・PN接合部温度の過渡推移を明らかにし，半導体の定格電流・電圧とDCモデル器による直流遮断限界との関係を提示することである。
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| 研究成果の概要 |
ワイドギャップ系(SiC系MOS-FET)パワー半導体のスイッチング機能を電流遮断に適応させ，限流機能を具備したパワー半導体型モデルDC遮断器の回路構成を提案した。その一つとして，抵抗によるDC限流機能を具備したモデル遮断器を考案し，DC限流遮断および過渡的発生電圧のプロセスを提示し，さらに半導体の接合部温度上昇も明らかにした。限流抵抗として8および10 オームの仕様によって，FETの電圧限界と熱的温度限界を超えることなく，DCを遮断できることを示せた。他の遮断方式として，DCを減衰振動電流に変化させ，ひいては電流を遮断する方式を見出し，この方式を用いたモデル遮断器の回路構成を提案した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
現在のDC伝送システムでは，アーク放電の過渡推移を利用した遮断器が，負荷電流の開閉および故障電流の遮断を行っている。現在の遮断器の基本設計は，アーク放電の抵抗を高速上昇することによって，直流電流を限流遮断させることである。しかし，アーク抵抗の高速上昇を目指しても，以下に示す要素に依存してしまい，困難に直面する。(i) アーク抵抗の過渡応答は，多くのアーク要素現象に影響され，目標値を達成しにくい。(ii) 限流遮断時間の短縮化を目指しても，アーク特性に左右されてしまい，所定値を実現することが困難である。
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