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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

基于SiC-MOSFET模块的大容量隔离式DC-DC变换器研究

基本信息

批准号：
21J10386
负责人：
羽根田崚
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

This year, the next generation SiC-MOSFET has been used for high-precision measurement of the total power loss of the 100 kW bidirectional DC-DC converter (DAB converter). The "loss separation method" for the implementation of SiC-MOSFET has been discussed. (a)This paper proposes a simple and practical method to evaluate the loss of SiC-MOSFET. The method of measuring the input power of DAB is to measure the total loss of DAB with high accuracy. The operation conditions of DAB input power converter are different. This study proposes a method for evaluating the current loss during voltage rise and fall 100-kW 16-kHz DAB design, production and implementation of the proposed method (b)Second, the method of separation is proposed. The efficiency measurement during voltage rise and fall operation is possible. The design and manufacture of the system is applicable to the voltage rise operation with input voltage of 750 V and output voltage of 850 V. The conversion efficiency reaches 98.96% when the power is fixed at 100 kW, and 98.80% is higher than 0.16% when the phase control is fixed at 100 kW. (c)Finally, the proposed method is used to compare the results of loss separation and temperature measurement, and the causes of parasitic components are discussed. SiC-MOSFETs increase the speed of switching, reduce the loss of switching, and increase the loss of parasitic components in the circuit. The loss of the payment is ignored. The research results (a) and (b) are published in the journal of the most prestigious research institute in China. Research results (c) are presented orally by the domestic society.