10MHz級DC-DCコンバータの検討

本研究では,10MHz級のスイッチング周波数で動作するDC-DCコンバータに関する以下の検討を行った.1.スイッチング方式の検討 各種スイッチング方式によるMOSFETスイッチの10MHzスイッチングを行い,スイッチの電圧・電流波形および温度上昇を測定することにより,損失,ノイズ等の観点から10MHz級のスイッチングに適する方式の検討を行った.その結果,零電圧スイッチングと零電流スイッチングとでは,寄生容量の電荷の充放電を行う零電圧スイッチングの方が適することが確認された.またD級スイッチングとE級スイッチングとの比較では,ほぼ零電圧・零電流スイッチングとなるE級(準E級)の方が良い結果が得られたが,スイッチの耐圧等の問題点も有しており,条件に応じて両者の選択をする必要がある.2.磁気デバイスの検討 10MHz励磁のトランスとして,特に空心トランスの可能性を検討した.巻線に銅箔を用いた空心トランスは,銅線巻線のものに比べ,励磁周波数による効率変動が少なく,高効率が得られた.重負荷時に効率が低下するため大きな電力はとれないものの,高周波励磁の小電力用トランスとして,空心トランスの有効性が示された.3.制御性の改善 周波数制御の必要な10MHz級共振形コンバータにおいて制御性を改善する手法の検討を行なった.全ての整流ダイオードが導通しない整流デッドタイムを設けることにより,狭い周波数変化幅で出力の制御が可能となり,また全負荷範囲における零電圧スイッチングが可能となった.以上の検討を基に試作した,整流デッドタイムを有する10MHz級E級共振形コンバータ(非絶縁型)は,最大出力40W,最高効率90%以上を得ることができた.

本研究では,10MHz級のスイッチング周波数で動作するDC-DCコンバータに関する以下の検討を行った.1.スイッチング方式の検討 各種スイッチング方式によるMOSFETスイッチの10MHzスイッチングを行い,スイッチの電圧・電流波形および温度上昇を測定することにより,損失,ノイズ等の観点から10MHz級のスイッチングに適する方式の検討を行った.その結果,零電圧スイッチングと零電流スイッチングとでは,寄生容量の電荷の充放電を行う零電圧スイッチングの方が適することが確認された.またD級スイッチングとE級スイッチングとの比較では,ほぼ零電圧・零電流スイッチングとなるE級(準E級)の方が良い結果が得られたが,スイッチの耐圧等の問題点も有しており,条件に応じて両者の選択をする必要がある.2.磁気デバイスの検討 10MHz励磁のトランスとして,特に空心トランスの可能性を検討した.巻線に銅箔を用いた空心トランスは,銅線巻線のものに比べ,励磁周波数による効率変動が少なく,高効率が得られた.重負荷時に効率が低下するため大きな電力はとれないものの,高周波励磁の小電力用トランスとして,空心トランスの有効性が示された.3.制御性の改善 周波数制御の必要な10MHz級共振形コンバータにおいて制御性を改善する手法の検討を行なった.全ての整流ダイオードが導通しない整流デッドタイムを設けることにより,狭い周波数変化幅で出力の制御が可能となり,また全負荷範囲における零電圧スイッチングが可能となった.以上の検討を基に試作した,整流デッドタイムを有する10MHz級E級共振形コンバータ(非絶縁型)は,最大出力40W,最高効率90%以上を得ることができた.