研究課題
小型軽量と高効率を両立するSiC／GaNパワーデバイスMHzスイッチングDC-DCコンバータを実現する際のボトルネック課題である高周波電力用鉄心材料の基盤技術として、MHz帯低損失と200℃耐熱を両立する鉄系メタルコンポジットバルク鉄心ギャップレスリアクトル・トランスを研究開発した。最終年度である平成29年度は、鉄系メタルコンポジットバルク鉄心をSiC／GaNパワーデバイスDC-DCコンバータに実装し、ベンチマークであるフェライト鉄心に対する優位性を実証した。主要な研究成果は以下のとおりである。(1)平成28年度に試作開発した48V入力－24V・5A出力GaNパワーデバイスLLC共振型DC-DCコンバータに対し、コンバータ主回路の損失分析を行った結果、Fe系アモルファスコンポジット鉄心リーケージトランスのMHz帯電力効率は97％を越え、鉄心の単位体積あたりの電力密度は約90W／cm3に達することを明らかにした。これらの結果から、MHz帯ベンチマーク鉄心材料であるNi-Znフェライトに対して明確な優位性を実証した。(2)Fe系アモルファスコンポジット鉄心リアクトルを200V入力－380V・1 kW出力の二相インターリーブ臨界モード制御SiCパワーデバイス昇圧チョッパDC-DCコンバータに実装した結果、ベンチマーク鉄心材料であるMn-Znフェライトリアクトルを実装した場合に対して軽負荷から定格負荷の広い負荷範囲で高い電力効率が得られ、定格1kW出力時に97.3％の電力効率を達成した。最近になって、10MHzを超える超高周波スイッチング電源に関する報告が相次いでいるが、ほとんどの場合、100℃を超える温度で熱暴走する重大な問題を抱えているNi-Znフェライトをリアクトルやトランスに利用している。10MHzを超える高い周波数でフェライトを代替する新規磁心材料が切望されるようになっており、本研究課題による基盤技術をもとに、今後も次世代超高周波磁心材料の研究開発を継続的に進めていく予定である。
29年度が最終年度であるため、記入しない。
信州大学工学部先端磁気デバイス研究室http://amdl.shinshu-u.ac.jp/
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IEEE Transactions on Magnetics
巻: 54 ページ: 印刷中
10.1109/TMAG.2018.2834467
10.1109/TMAG.2018.2832662
Journal of the Magnetics Society of Japan
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日本磁気学会論文特集号
巻: 1 ページ: 44-52
10.20819/msjtmsj.17TR110
