超高密度高効率電力変換器の研究

研究開始以降、1号試作機と2号試作機を完成させ、各種測定を行った。1号機では、スイッチング周波数200kHz,効率93.8%、パワーデンシティ(電力密度)10.5kw/lを実現した。この値は、記録的な値であるが、さらに、2号機を試作して以下のようなデータを取った。特に、1号機からの修正点は、以下である。(1)スイッチングデバイスを再選定して4並列から2並列に修正した。(2)補助スイッチにオン抵抗の小さいデバイス(CoolMOS)を選定した。(3)集積インダクタンスの値をやや下げて、構造を再設計した。(4)PCB基盤上でのbus-barを再設計した。(5)gate回路のPCB基盤上でり配置の再検討を行い、集積密度を向上させた。(6)全体の空きスペースの検討による密度の向上を図った。また、これらの試作機の特徴は、(1)熱設計をデバイスからの発熱をインダクターからの発熱に分け、その熱フローの計算を行い、ヒートシンクへ達するまでの経路での温度設計を行ったこと.その結果、ヒートシンクに対して、デバイスを垂直に配置し、インダクタンスの熱を排除しやすい構造を提案した点。(2)既存のスイッチングデバイスのパッケージを使い、電力密度の向上を目指した点である。この結果、2号機では、3.7kw出力時に最大効率95.4%が実測された。これを連続定格で計算すると、電力密度が15kw/lとなる。最大定格に関して実験をした結果、空冷では18.2kw/l、水冷では27.7kw/lの電力密度が得られた。なお、スイッチング周波数は200KHz,回路は横国大が特許申請中であるSAZZ方式を採用している。これらの成果は各種会議で報告した。

研究開始以降、1号試作機と2号試作機を完成させ、各種測定を行った。1号機では、スイッチング周波数200kHz,効率93.8%、パワーデンシティ(電力密度)10.5kw/lを実現した。この値は、記録的な値であるが、さらに、2号機を試作して以下のようなデータを取った。特に、1号機からの修正点は、以下である。(1)スイッチングデバイスを再選定して4並列から2並列に修正した。(2)補助スイッチにオン抵抗の小さいデバイス(CoolMOS)を選定した。(3)集積インダクタンスの値をやや下げて、構造を再設計した。(4)PCB基盤上でのbus-barを再設計した。(5)gate回路のPCB基盤上でり配置の再検討を行い、集積密度を向上させた。(6)全体の空きスペースの検討による密度の向上を図った。また、これらの試作機の特徴は、(1)熱設計をデバイスからの発熱をインダクターからの発熱に分け、その熱フローの計算を行い、ヒートシンクへ達するまでの経路での温度設計を行ったこと.その結果、ヒートシンクに対して、デバイスを垂直に配置し、インダクタンスの熱を排除しやすい構造を提案した点。(2)既存のスイッチングデバイスのパッケージを使い、電力密度の向上を目指した点である。この結果、2号機では、3.7kw出力時に最大効率95.4%が実測された。これを連続定格で計算すると、電力密度が15kw/lとなる。最大定格に関して実験をした結果、空冷では18.2kw/l、水冷では27.7kw/lの電力密度が得られた。なお、スイッチング周波数は200KHz,回路は横国大が特許申請中であるSAZZ方式を採用している。これらの成果は各種会議で報告した。