電力変換器のEMI対策を全自動で行うデジタルゲート駆動システムの理論構築と実証

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K18711
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高宮 真 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (20419261)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 畑 勝裕 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (70837294)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 電力変換器 / 電磁妨害 / パワーデバイス / ゲート駆動 / スイッチング損失

Outline of Annual Research Achievements

電力変換器の開発において、電磁妨害（Electro Magnetic Interference: EMI）は長年の深刻な課題である。我々は、これまでにパワーデバイスのスイッチング損失とスイッチングノイズのトレードオフを打破するために、独自のデジタルゲート駆動ICチップを用いた自動ゲート波形最適化システムを実証した。
本研究では、デジタルゲート駆動ICがソフトウエアで任意の最適化目標を設定可能である点に着目し、EMI規格合格とスイッチング損失最小化を同時に実現する世界初の「全自動EMI規格対応デジタルゲート駆動システム」の実現を目指す。
電力変換器の負荷電流や温度などの動作条件と最適駆動パラメータの関係を記述するモデルを実測と機械学習を用いて作成することにより、動作条件の変動にロバストな「全自動EMI規格対応デジタルゲート駆動システム」を実現することができる。本研究により、電力変換器におけるEMI問題を簡単・迅速・低コストに解決するだけでなく、電力変換器の損失を低減することができる。
2021年度は、負荷電流や温度が異なる複数の動作条件下において、デジタルゲート駆動ICを用いてパワーデバイスのゲート駆動波形をデジタル制御で変化させながら、パワーデバイスのスイッチング試験を行い、パワーデバイスから発生するEMIとパワーデバイスのスイッチング損失を実測した。その結果、ゲート駆動用のデジタル制御値に応じて、EMIとスイッチング損失がどのように変化するかの4万点の実測データを取得することに成功した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通りに研究を実行した。

Strategy for Future Research Activity

2022年度は、2021年度に取得した4万点の実測データを分析することにより、「全自動EMI規格対応デジタルゲート駆動システム」に必要なデジタルゲート駆動ICの最適駆動パラメータに関する理論構築を行う。