Development of Digital Active Gate Drive System for SiC MOSFETs toward Integration of Power Conversion Circuits

面向功率转换电路集成化的 SiC MOSFET 数字有源栅极驱动系统的开发

• 批准号: 22KJ1702
• 负责人: 高山 創
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1702/
• 关键词: ディジタルアクティブゲートドライブ; 炭化ケイ素（SiC）; パワーMOSFET; 最適化; パワーエレクトロニクス; デジタルアクティブゲートドライブ; 炭化ケイ素 (SiC); 窒化ガリウム (GaN)

本研究では，次世代パワー半導体として期待されている炭化ケイ素 (SiC) パワーMOSFETの活用のため，ゲートドライブ回路をフルデジタル化する技術を検討している．回路実装後においても，動作条件やデバイス特性の差異を考慮してその駆動をソフトウェアにより変更することができるため，駆動する素子や動作条件に応じた駆動回路のハードウェア設計が不要となり，より柔軟な電力変換回路動作の実現につながる．そのようなコンセプトの実現に向け，デジタル・アナログ変換回路の回路構造を応用したデジタルアクティブゲートドライバ （DAGD）を提案し，その有効性を検証している．今年度の取り組みとして，前年度から検討を進めていた遺伝的アルゴリズムによるDAGDの動作の最適化手法を，シミュレーションと実験の双方で適用可能なデジタルツイン構造を持つシステムとして実証した．シミュレーションによってあらかじめ予測された駆動パラメータの最適解と，実験において得られた最適解が良く一致することを確認した．さらに，複数の素子および複数の動作条件下で同最適化システムを適用し，その汎用性を確認した．これらの成果によって，SiCパワー素子の性能を引き出すための駆動回路の最適化というヒューリスティクスな課題に対して，ソフトウェアによる対応が可能であることを実証した．回路パラメータの微調整のようなアナログ的手法からソフトウェアの変更というデジタルな手法への転換により，回路設計者のノウハウに頼らない電力変換回路の性能向上が可能となる．この結果は，動作条件の変更や素子の特性の劣化等に追従して最適動作を行うようなソフトウェアの開発など，次年度の検討の土台となるものである．

This study で は, next generation パ ワ ー semiconductor と し て expect さ れ て い る carbonized ケ イ element (SiC) パ ワ ー MOSFET の use の た め, ゲ ー ト ド ラ イ ブ loop を フ ル デ ジ タ ル change す る technology を beg し 検 て い る. Circuit be loaded after に お い て も, action condition や デ バ イ ス features の differences を consider し て そ の 駆 dynamic を ソ フ ト ウ ェ ア に よ り - more す る こ と が で き る た め, dynamic す 駆 る element action condition son や に 応 じ た 駆 dynamic loop の ハ ー ド ウ ェ ア design が don't と な り, よ り な soft power - in loop action の be presently に つ な が る. そ の よ う な コ ン セ プ ト の be presently に to け デ ジ タ ル · ア ナ ロ グ variations in loop の tectonic を 応 with し た デ ジ タ ル ア ク テ ィ ブ ゲ ー ト ド ラ イ バ DAGD を proposal し, そ の have sharper sex を 検 card し て い る. Our group take り の み と し て, before the annual か ら beg を 検 into め て い た but 伝 ア ル ゴ リ ズ ム に よ る DAGD の action の を optimization technique, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と be 験 の で both sides may apply な デ ジ タ ル ツ イ ン tectonic を hold つ シ ス テ ム と し て card be し た. シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て あ ら か じ め be さ れ た 駆 dynamic パ ラ メ ー タ の と, optimal solution be 験 に お い て have ら れ た optimal solution が good く consistent す る こ と を confirm し た. Youdaoplaceholder0, complex block particle および, で under complex block action conditions, the same optimization システムを is applicable to を, そ <s:1> universality を confirms た. こ れ ら の results に よ っ て, SiC パ ワ ー element child の performance を lead き out す た め の 駆 optimal dynamic loop の と い う ヒ ュ ー リ ス テ ィ ク ス な subject に し seaborne て, ソ フ ト ウ ェ ア に よ る 応 seaborne が may で あ る こ と を card be し た. Micro adjustment circuit パ ラ メ ー タ の の よ う な ア ナ ロ グ gimmick か ら ソ フ ト ウ ェ ア の - more と い う デ ジ タ ル な gimmick へ の planning in に よ り, circuit designers の ノ ウ ハ ウ に 頼 ら な い power variations in loop の performance up が might と な る. は こ の results, action condition の - more や element child の characteristics の degradation に chase 従 し て optimal action line を う よ う な ソ フ ト ウ ェ ア の open 発 な ど, annual の beg の 検 TuTai と な る も の で あ る.

项目成果

ディジタルアクティブゲートドライバの損失低減に向けた回路構成の検討

减少数字有源栅极驱动器损耗的电路配置考虑

• 发表时间: 2022
• 作者: 金本公平;高山創;引原隆士
• 通讯作者: 引原隆士

SiC MOSFETの駆動に自動最適化可能なディジタルアクティブゲートドライバとそのダブルパルス試験における検証

可自动优化驱动 SiC MOSFET 的数字有源栅极驱动器及其双脉冲测试验证

• 发表时间: 2022
• 作者: 福永 崇平;高山 創;引原 隆士
• 通讯作者: 引原 隆士

Square-Wave Source with Adjustable dv/dt for Insulation Testing under Mixed-Frequency Stresses

具有可调节 dv/dt 的方波源，用于混合频率应力下的绝缘测试

• 发表时间: 2023
• 作者: Hajime Takayama;Chengmin Li;Jennifer Abou-najm;Takashi Hikihara;Drazen Dujic
• 通讯作者: Drazen Dujic

Simulation tool for optimization of digital active gate drive sequence using genetic algorithm

使用遗传算法优化数字有源栅极驱动序列的仿真工具

• 发表时间: 2022
• 作者: Hajime Takayama;Shuhei Fukunaga;Takashi Hikihara
• 通讯作者: Takashi Hikihara

SiC MOSFETのディジタルアクティブゲート駆動波形の多目的最適化に関する数値検討

SiC MOSFET数字有源栅极驱动波形多目标优化数值研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 福永 崇平;高山 創;引原 隆士
• 通讯作者: 引原 隆士