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

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．

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．