新材料パワー半導体を用いたハイブリッドカー用次世代型電力変換器に関する研究

• 研究課題/領域番号: 26420235
• 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: 島根大学
• 研究代表者: 山本 真義 島根大学, 総合理工学研究科, 准教授 (60432621)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: パワーエレクトロニクス / 高電力密度電源 / 高効率電源 / GaNパワー半導体 / GaN / SiC / パワー半導体 / 電気自動車 / 電気機器工学 / ハイブリットカー

研究成果の概要

新材料パワー半導体であるGaNとSiCの車載用電力変換器への応用を試みた。GaNパワー半導体を適用した1.6kW出力のDC-DCコンバータを作成し、駆動周波数200MHzの高周波駆動を実現することで、従来比に対して1/25の平滑キャパシタの小型化を実現できることを実証した。さらに同条件において、3.56W/ccの超高電力密度性能を実現し、GaNパワー半導体の電力変換器応用における大きな可能性を示唆した。

研究成果

• [国際共同研究] コロンビア国立大学(コロンビア)
• [雑誌論文] Downsizing Effects of Integrated Magnetic Components in High Power Density DC-DC Converters for EV and HEV Applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Shota Kimura, Yuki Itoh, Wilmar Martinez, Masayoshi Yamamoto, and Jun Imaoka
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Industry Applications 巻: Vol. 52 号: 4 ページ: 3294-3305
  • DOI: 10.1109/tia.2016.2539920
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic Analysis, Design, and Experimental Evaluations of Integrated Winding Coupled Inductors in Interleaved Converters (2016)
  • 著者名/発表者名: Jun Imaoka, Kazuhiro Umetani, Shota Kimura, Wilmar Martinez, Masayoshi Yamamoto, Seikoh Arimura, and Tetsuo Hirano
  • 雑誌名: IEEJ Journal of Industry Applications 巻: 5 号: 3 ページ: 276-288
  • DOI: 10.1541/ieejjia.5.276
  • NAID: 130005150083
  • ISSN: 2187-1094, 2187-1108
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 磁気結合を利用した高電力密度昇圧コンバータにおける小型化性能の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 青砥匠吾, 木村翔太, 今岡淳, 山本真義
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｃ（電子・情報・システム部門誌） 巻: 135 号: 7 ページ: 776-784
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.135.776
  • NAID: 130005086260
  • ISSN: 0385-4221, 1348-8155
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 半導体デバイスの誤点弧メカニズムに関する解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西垣彰紘, 梅上大勝, 山本真義
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｃ（電子・情報・システム部門誌） 巻: 135 号: 7 ページ: 769-775
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.135.769
  • NAID: 130005086259
  • ISSN: 0385-4221, 1348-8155
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Recovery-Less Boost Converter with Saturable Inductor for Electric Vehicle Applications (2015)
  • 著者名/発表者名: Wilmar Martinez, Jun Imaoka and Masayoshi Yamamoto
  • 雑誌名: IEEJ Journal of Industrial Applications 巻: Vol. 135
  • NAID: 130005097087
  • 査読あり
• [雑誌論文] Feasible Evaluations of Coupled Multilayer Chip Inductor for POL Converters (2015)
  • 著者名/発表者名: Jun Imaoka, Shota Kimura, Yuki Itoh, Wilmar Martinez and Masayoshi Yamamoto, Michiaki Suzuki, Kenji Kawano
  • 雑誌名: IEEJ Journal of Industrial Applications 巻: Vol. 4
  • NAID: 130005068749
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parasitic Resistance Analysis in a Novel High Step-Up Interleaved Converter for Hybrid Electric Vehicles (2015)
  • 著者名/発表者名: Wilmar Martinez, Jun Imaoka, Masayoshi Yamamoto and Kazuhiro Umetani
  • 雑誌名: JIPE-Power Electronics Journal 巻: Vol. 40 ページ: 93-104
  • NAID: 130005144248
  • 査読あり
• [学会発表] Benefits and Requirements of Using SiC and/or GaN Power Switching Devices for "Real" Power Control Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Yamamoto
  • 学会等名: Proc. CS-MANTECH (The International Conference on Compound Semiconductor Manufacturing Technology) 2016
  • 発表場所: フロリダ（米国）
  • 年月日: 2016-05-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Designing Method Considering Magnetic Saturation Issue of Coupled Inductor in Interleaved CCM Boost PFC Converter (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Itoh, Fumiya Hattori, Shota Kimura, Jun Imaoka and Masayoshi Yamamoto
  • 学会等名: IEEE Energy Conversion Congress Expo (ECCE)
  • 発表場所: Montreal, QC, Canada
  • 年月日: 2015-09-20
  • 国際学会
• [学会発表] An Analysis of False Turn-On Mechanism on High-frequency Power Devices (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ishibashi, Akihiro Nishigaki, Hirokatsu Umegami, Wilmar Martinez and Masayoshi Yamamoto
  • 学会等名: IEEE Energy Conversion Congress Expo (ECCE)
  • 発表場所: Montreal, QC, Canada
  • 年月日: 2015-09-20
  • 国際学会
• [学会発表] 新素材デバイスの配線インダクタンスとスイッチング損失に関する一検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉田 尭，石橋 寛基，山本 真義
  • 学会等名: 平成26年電気学会電気・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 島根大学松江キャンパス
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-06
• [学会発表] 半導体デバイスの誤点孤メカニズムに関する解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三島 大地，西垣 彰紘, 梅上 大勝, 服部 文哉, 山本 真義
  • 学会等名: 平成26年電気学会電気・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 島根大学松江キャンパス
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-06
• [学会発表] 新素材デバイスにおける損失抑制法の最適化検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 原田 敏和，七森 公碩，梅上 大勝，山本 真義
  • 学会等名: 平成26年電気学会電気・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 島根大学松江キャンパス
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-06
• [学会発表] 補助共振ブースト回路を用いたSRM駆動回路の提案 (2014)
  • 著者名/発表者名: 濱 雅, 梅上 大勝, 佐々木 康雄, 山本 真義, 桂 健志郎, 山口 浩二, 佐々木 裕司
  • 学会等名: 平成26年電気学会電気・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 島根大学松江キャンパス
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-06
• [学会発表] 2相昇圧チョッパ回路における電流センサゼロ手法の提案 (2014)
  • 著者名/発表者名: 棚田 大貴，川上 太知，山本 真義
  • 学会等名: 平成26年電気学会電気・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 島根大学松江キャンパス
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-06
• [図書] 次世代自動車のための熱設計・評価手法と放熱・実勢技術 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本真義（共著）
  • 出版者: シーエムシー出版
• [産業財産権] 電力変換装置 (2014)
  • 発明者名: 山口 浩二，桂健志郎，山本 真義，佐々木 康雄
  • 権利者名: 山口 浩二，桂健志郎，山本 真義，佐々木 康雄
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-11-28