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

具有多级线性放大器和谐振电路的节能有源栅极驱动器

基本信息

批准号：
21K04004
负责人：
野下裕市
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

This study aims to reduce the loss of the power conversion circuit by 2 minutes or less, suppress the waveform of the power conversion circuit, reduce the loss of the power conversion circuit itself, and improve the efficiency of the power conversion circuit. In the future, the input capacity of the circuit element (MOSFET, etc.) shall be adjusted according to the resistance value of the in-line connection. The speed of the circuit element shall be controlled according to the resistance value of the circuit element. The speed of the circuit element shall be controlled according to the resistance value of the circuit element. The applicant has submitted a proposal for a loss of 2 points or less before the application is completed. The existing AGD circuit has been suffering from the same degree of power loss due to the failure of the circuit. In recent years, it is necessary to improve the circuit structure according to the requirements of increasing the frequency of the circuit. This study includes: excitation of power loss, combination of power loss and resonance of AGD loop, establishment of loop design method, simulation, and performance verification. Last year, the basic circuit of the proposal was discussed. AGD circuit operation detection, circuit analysis, voltage division, potential difference, circuit analysis, voltage comparison, determination method This year, we have to reduce the consumption of power in the power supply circuit by means of resonance type power supply circuit. Resonance type dynamic loop self-existing technology analysis, analysis The circuit design and implementation of the elements are described in detail below.