直流遮断へのワイドギャップ系パワー半導体の適用と電流遮断性能評価

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02130
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分21010:電力工学関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 横水 康伸 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50230652)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 直流遮断 / パワー半導体素子 / 限流

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。

自由記述の分野

大電流工学，高温工学，電力工学

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。