2018 Fiscal Year Annual Research Report
Design and implementation of PWM inverter using GaN power devices and its applications
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16H04320
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
和田 圭二 首都大学東京, システムデザイン研究科, 准教授 (00326018)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | PWMインバータ / GaNパワーデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，GaNパワーデバイスを用いた1MHzスイッチングPWM インバータを実現するための回路実装手法と高速デジタル制御手法の検討を行った。
まず，高周波PWMインバータのリアルタイム電流制御を実現することを木庭年s手，電流センサをパワーデバイス近傍に設置して電流フィードバックを行うデジタル制御技術について検討を行った。まず，電流サンプリング手法をシミュレーションにより検証した。また，電流センサの特性を考慮し，ローパスフィルタ特性と出力遅延を持つ場合のシミュレーションでは，電流センサの特性により制御不能領域が生じることを確認し，センサの特性と回路の動作条件を考慮した数式的な解析から制御不能領域が生じる条件を明らかにした。さらに，電流センサを併用する手法により回路動作を制限せず，出力電流の制御不能領域を解消する制御手法を提案し，シミュレーションにより検証した。さらに，実験により使用センサとサンプリング手法について検討を行い，電流フィードバック制御がリアルタイムで実現できることを明らかにした。
次に，インバータ回路では，PWM信号を生成するデジタル制御装置から光ファイバを通してGaNデバイスのゲート駆動回路の信号が伝送される。しかしながら，市販の光ファイバでは，伝送においてパルス波形のひずみと時間遅延が生じる結果，実回路動作状況においては約250nsのパルス短縮が起きることを実験により示した。この値は，1MHz駆動においては1周期が1usのインバータにおいては非常に影響が生じる。そこで，デジタル制御装置内で事前にこの短縮時間を考慮したパルス発生回路を実装し，光ファイバでのパルス短縮に対する課題解決を行った。
以上の回路実装を行い，1MHzスイッチングするPWMインバータの動作検証を実験により行った。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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