| 研究課題/領域番号 |
18K13744
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
井渕 貴章 大阪大学, 工学研究科, 助教 (90755646)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 電磁環境両立性（EMC） / パワーエレクトロニクス / SiCパワーデバイス / 電磁雑音 / 温度特性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、電力変換機器の高効率・高電力密度化および適用範囲の拡大に向け、機器の設計寿命全体にわたり高レベルの省エネ特性と低電磁雑音特性を両立させる回路設計の実現を目的とする。高速スイッチング・高温動作特性を有するSiCパワーデバイスに対する連続通流試験や特性の動作温度依存性評価に基づき、雑音源であるデバイスの特性変化と回路から生じる電磁雑音との対応関係を明らかにする。電気回路・半導体物性・電磁気学等を総合し、電力変換回路の電磁雑音発生メカニズムの解明および電磁環境両立設計の基礎構築を図る。
本年度は、「SiCパワーデバイスの動作温度に起因する特性変化が回路の伝導性電磁雑音に与える影響評価」について基礎データ収集および評価系の構築を中心に行った。具体的には、同等定格を有するSiCパワーデバイス（ショットキーバリアダイオード・MOSFET）とSiパワーデバイス（PiNダイオード・IGBT）のそれぞれについて、ディスクリートデバイス単体の電圧-電流特性測定によりデバイス特性の温度依存性を評価した。また、パワーデバイスの動作温度に起因して生じるスイッチング特性の変化を評価するため、対象とするパワーデバイス以外の実装条件や回路レイアウトが共通となる回路基板を作成し、ダブルパルス試験によりSiおよびSiCパワーデバイスの各々が示す特性の差異や温度依存性を評価した。電力変換回路から生じる伝導性の電磁雑音特性にデバイス特性が与える影響について、昇圧型DC-DCコンバータを例に評価を行った。ダイオードのターンオフ特性およびその温度依存性が電磁雑音特性に与える影響が大きいのに対し、トランジスタのターンオフ特性およびその温度依存性の差異は電磁雑音特性への影響が比較的小さいことを実験により明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
従来広く使用されているSiパワーデバイスと比較して、さらなる高速スイッチング・高温動作特性を有すると期待されるSiCパワーデバイスの利点を最大限活用するためには、デバイス特性に起因して生じる電磁雑音の発生メカニズムを解明し、低電磁雑音特性を有する回路設計へと展開させる必要がある。本研究におけるこれまでの取り組みにおいて、回路配線やデバイスパッケージが有する寄生インダクタンスの同定やパワー半導体デバイスの端子間容量の特性評価に基づき、スイッチング動作に伴う電圧・電流の過渡応答に重畳するサージや高周波数振動の発生要因およびSiCパワーデバイス特有の雑音特性が明らかとなってきている。また動的近傍磁界強度分布の可視化システムをあわせて構築し、雑音源であるパワーデバイスのスイッチング特性と回路から生じる電磁雑音との対応関係について評価が行える環境を整えることができた。以上により、本研究の全体計画に対し、おおむね順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究成果に基づき、今後はSiCパワーデバイスに対する連続通流試験によりデバイス特性の変化やサンプル間の特性ばらつきについて評価を行い、これらが回路の電磁雑音特性に与える影響について評価・検証を行う予定である。具体的には、評価対象とするデバイスに対し高温または低温環境下において一定期間定格電流を通流し続けるDCバイアス試験、および連続スイッチング試験を行い、SiCパワーデバイスのしきい値電圧変動やpn接合劣化等による電気的特性の変化を評価し、それらがコンバータの電磁雑音特性に与える影響について考察する。また、SiC MOSFETのゲート駆動回路構成や寄生成分が電磁雑音特性に与える影響についても基礎検討を行う計画である。具体的には、ブートストラップ回路、絶縁DC/DC電源、光絶縁等、ゲートドライブIC電源回路構成や絶縁方式の差異に着目し、それらの影響により生じる雑音の帯域やレベルについて実験検討により評価を行い、主回路だけでなく周辺回路も含めた電力変換回路の雑音低減設計に向けた取り組みを行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
所属機関において現有する実験設備・実験機材の有効活用により、特に物品費の実支出額が交付額よりも少なく抑えられたため、次年度使用額が生じた。また、これにより現状で所有していない低温恒温水槽や恒温浴槽、および不凍液など、主に低温・極低温の試験環境構築に供する機材の購入・セットアップを計画している。
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