Energy efficient active gate driver with multi-level linear amplifier and resonant circuit

本研究は、スイッチング電力変換回路の動作に伴うスイッチング損失を2分の1以下に低減し、同時にスイッチング波形のノイズを抑制と、ゲートドライバ回路自体の損失を低減する、新しいゲートドライバ回路を対象としている。従来のゲートドライバ回路はスイッチング素子（MOSFET等）のゲート入力容量に対して、直列接続したゲート抵抗値を調整することでスイッチング速度を制御していたが、抵抗値が固定であるために、スイッチング速度とノイズ抑制効果の限界が低いという問題があった。この問題に対し、申請者は以前にリニアアンプによるフィードバック制御を基本としたアクティブゲートドライバ（AGD）を提案し、スイッチング損失2分の1以下が達成可能であることを確認している。しかしこの既存AGD回路は、リニアアンプ部分において従来のゲートドライバと同程度の電力損失が発生し、近年のスイッチング周波数向上への要求に対応するための抜本的改良が必要であった。そこで本研究では、フィードバック型AGD回路のリニアアンプ部における電力損失を激減させる、マルチレベルリニアアンプと共振型ゲートドライバを組み合わせた複合型出力段を提案し、回路設計法の確立とシミュレーション、実機検証を行い、性能を実証する。昨年度は提案回路の基本となるマルチレベルリニアアンプについて、回路構成を検討した。AGD回路の動作を観察し、マルチレベル化する際の電圧の分割位置と電位差を、パワーデバイスのゲートしきい値電圧との比較で決定する手法を作成し、回路シミュレーションにて検証を行った。本年度はゲート駆動回路の消費電力低減のもう一つの手段である共振型ゲート駆動回路について、開発を実施した。共振型ゲート駆動回路自体は既存技術だが、マルチレベルリニアアンプとの組み合わせ方法、また動作の切り替えが必要がある。回路シミュレーションと要素実験を組み合わせて、原理検証を実施した。

本研究は、スイッチング電力変換回路の動作に伴うスイッチング損失を2分の1以下に低減し、同時にスイッチング波形のノイズを抑制と、ゲートドライバ回路自体の損失を低減する、新しいゲートドライバ回路を対象としている。従来のゲートドライバ回路はスイッチング素子（MOSFET等）のゲート入力容量に対して、直列接続したゲート抵抗値を調整することでスイッチング速度を制御していたが、抵抗値が固定であるために、スイッチング速度とノイズ抑制効果の限界が低いという問題があった。この問題に対し、申請者は以前にリニアアンプによるフィードバック制御を基本としたアクティブゲートドライバ（AGD）を提案し、スイッチング損失2分の1以下が達成可能であることを確認している。しかしこの既存AGD回路は、リニアアンプ部分において従来のゲートドライバと同程度の電力損失が発生し、近年のスイッチング周波数向上への要求に対応するための抜本的改良が必要であった。そこで本研究では、フィードバック型AGD回路のリニアアンプ部における電力損失を激減させる、マルチレベルリニアアンプと共振型ゲートドライバを組み合わせた複合型出力段を提案し、回路設計法の確立とシミュレーション、実機検証を行い、性能を実証する。昨年度は提案回路の基本となるマルチレベルリニアアンプについて、回路構成を検討した。AGD回路の動作を観察し、マルチレベル化する際の電圧の分割位置と電位差を、パワーデバイスのゲートしきい値電圧との比較で決定する手法を作成し、回路シミュレーションにて検証を行った。本年度はゲート駆動回路の消費電力低減のもう一つの手段である共振型ゲート駆動回路について、開発を実施した。共振型ゲート駆動回路自体は既存技術だが、マルチレベルリニアアンプとの組み合わせ方法、また動作の切り替えが必要がある。回路シミュレーションと要素実験を組み合わせて、原理検証を実施した。