| 研究課題/領域番号 |
20K14708
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
折川 幸司 北海道大学, 情報科学研究院, 助教 (50781324)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 低背トランス / プレーナトランス / 高電力密度 / 漏れインダクタンス / 負荷試験法 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は低背化が要求されるMHz級スイッチング電力変換器に使用される低背トランスを研究対象とし，高電力密度低背トランスの限界設計理論を体系化することを研究目的とする。低損失密度を実現する巻線構造の設計手法，低損失密度を実現する磁性材料の選定方法およびその構造設計を統合することで，周辺部品に比べて比較的設計自由度の高い低背トランスを限界設計することができる。
令和3年度においては，令和2年度に採用した一次巻線と二次巻線を交互に配置するインターリーブ巻線構造をプリント基板で実現したプレーナトランスに対して，負荷を使用することなく二台の電源だけで実負荷試験が可能な負荷試験法を適用した。さらに，適用した負荷試験法は電源の皮相電力を試験トランスの皮相電力よりも大幅に低減することができるため，本研究で開発している高電力密度低背トランスを大型の装置を用いることなく評価できる環境を構築することができた。動作周波数がMHzである高周波トランスにおいては，漏れインダクタンスのリアクタンスをコンデンサでキャンセルする方式を適用することで，提案する負荷試験法に必要な電源の皮相電力の増加を抑制できることを実験的に明らかにした。また，提案する負荷試験法が負荷電流に依存しない励磁損と負荷電流に依存する銅損を分離して測定できることを実験的に確認し，提案する負荷試験法によってトランス損失を正確に評価できることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
一次巻線電流を均等に可能なインターリーブ巻線構造を採用しているが，インターリーブ巻線構造であることから一次巻線と二次巻線の結合容量が大きく，トランスの動作周波数を決定する指標である自己共振周波数が低下することが分かった。そのため，巻線構造の設計に遅れが生じている。したがって当初の研究計画とは異なり，引き続き巻線構造の改善に取り組む。しかしながら，令和3年度にはトランス損失を正確に評価可能な負荷試験法を確立できたため，令和4年度においては，試作するトランスを本手法を用いて効率的に評価する予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の令和4年度の計画では，2MHz低背トランスのLLCコンバータを対象に，2MHz低背トランスと他部品とのインテグレーションを予定していた。令和3年度において，自己共振周波数の低下の抑制と巻線電流の均等化がトレードオフの関係であることが明らかになったため，巻線構造の検討にその知見を反映させる。そして，巻線と磁性材料の熱抵抗（放熱のしやすさ）の違いの観点から，巻線損失密度と磁性材料損失密度の双方を考慮した2MHz低背トランスの設計，実機検証を行う。
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