SiC-MOSFETモジュールを使用した大容量絶縁形DC-DCコンバータの研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本年度は，次世代SiC-MOSFETを使用した大容量100 kWの双方向絶縁形DC-DCコンバータ（DABコンバータ）の全体の電力損失を高精度に測定可能なテストベンチを使用してSiC-MOSFETの実用的な「損失分離手法」について検討を行った。(a)まず，簡便かつ実用的なSiC-MOSFETのスイッチング損失の評価方法を提案した。出力電力を入力に戻す測定方法では，DABコンバータの全損失を高精度に測定することが可能であるが，昇降圧動作時には入出力のブリッジ変換器の動作条件が異なるため，損失分離を行うことができない。本研究では，昇降圧動作時にも適用可能なターンオフ時の電流からスイッチング損失を評価する方法を提案した。100-kW 16-kHz DABコンバータを設計・製作し，提案法の妥当性を実証した。(b)次に，提案法で分離したスイッチング損失が入出力電圧とはほぼ無関係であることを応用した昇降圧動作時の損失分離法を提案した。昇降圧動作時の効率測定が可能なテストベンチを設計・製作し，入力電圧750 V, 出力電圧850 Vの昇圧動作時において提案法を適用し，定格100 kW での変換効率は98.96%に到達し，従来のブリッジ間位相シフト制御の98.80%に比べて0.16%の向上を達成した。(c)最後に，提案法で得られた損失分離結果と温度による損失測定結果を比較することで，寄生成分に起因する付随的な損失について検討した。SiC-MOSFET はスイッチングを高速化することで，スイッチング損失を低減可能であるが，回路内の寄生成分による振動が損失増大を引き起こす。付随的な損失が無視できないことを理論と実験から実証した。研究成果(a), (b)は国内学会で口頭発表行い，パワーエレクトロニクス分野で最も権威のある論文誌に掲載された。研究成果(c)は国内学会で口頭発表行った。