ワイドバンドギャップパワーデバイスのノイズ低減技術と応用

第1部 WBGパワーデバイスを適用した高周波インバータ応用電源のノイズ低減回路技術

(2016年5月20日 10:30〜12:00)

　炭化ケイ素 (SiC) や窒化ガリウム (GaN) を材料とするワイドバンドギャップ (WBG) パワーデバイスは、シリコン (Si) パワーデバイスと比較して、高耐圧・高速・低オン抵抗・高温動作など優れた特性を持つことから、産業用、輸送・交通用、電力、家電民生、医用に渡る広範な分野にて電力変換装置への応用が活発に検討されています。高速スイッチング動作が可能となるに相反し、WBGパワーデバイスは、そのオン・オフ遷移時に電圧・電流変化率が増大し、それによる電磁ノイズの顕在化が新たな問題点となっています。その対策として、スイッチング損失を抑制しながら、同時にスイッチングノイズの低減を可能とする「ソフトスイッチング」回路技術が有用視されています。 　本講演では、ソフトスイッチング技術と親和性の高い高周波インバータ応用電源システムに着目し、大学での最新研究成果として、SiCパワーデバイスを活用した誘導加熱 (IH) 用高周波インバータ・コンバータ、および電磁誘導方式非接触給電装置 (IPT) の評価結果を紹介します。さらに、ノーマリ・オフ型GaNパワートランジスタを利用したIPT応用ソフトスイッチング共振形コンバータの実証評価を紹介して、WBGパワーデバイス応用電力変換器の低ノイズ化に対するソフトスイッチング技術の有用性を解説します。

1. スイッチング電力変換回路とその要素技術の変革
2. ソフトスイッチング技術と応用回路トポロジー
3. SiCパワーデバイスを適用した高周波誘導加熱用インバータ・コンバータ
4. GaNパワートランジスタを適用した非接触給電共振形コンバータ
5. まとめ
• 質疑応答

第2部 SiCインバータ対応のノイズフィルタ設計に向けたEMI解析技術

(2016年5月20日 12:45〜14:15)

　近年、SiC、GaNデバイスを代表とする半導体素子の高性能化によるインバータ小型化が望まれますが、スイッチング周波数の高周波化によるEMI対策が課題です。本講座では、SiC適用によるEMIの課題に対し、EMI解析のためのモデリングについて高精度なデバイスモデルを用いた手法について説明し、雑音端子電圧の再現精度について解析結果と実測の比較を示します。また、SiCデバイスを用いたインバータに適したEMIフィルタの構成について提案し、提案方式による雑音端子電圧の抑制効果について実験結果を示します。

1. SiCデバイスとEMI
2. SiCインバータのモデリング手法
   1. インバータ回路構成
   2. 基板・SiCモジュールモデル
   3. リアクトル・コンデンサモデル
   4. SiCデバイスモデル
   5. ゲートドライバモデル
3. モデリング精度のEMI解析への影響
   1. パワーデバイスモデルの影響
   2. 基板パターン構成の影響
4. SiCインバータに適したEMIフィルタ
   1. スイッチング周波数の高周波化
   2. PVPCSの漏れ電流規格
   3. EMIフィルタの構成
   4. 雑音端子電圧の抑制効果
5. まとめ
• 質疑応答

第3部 MOSFETの超高速スイッチングとノイズ抑制技術

(2016年5月20日 14:30〜16:00)

　本講座ではインバータやチョッパなどの電力変換器に用いられるパワーMOSFETの高速スイッチング手法とそれに伴って発生する電磁ノイズの抑制について、実際の研究事例をもとにわかりやすく解説します。特に、なぜ電力変換器の高周波化が有用なのか、高周波化によってどのような弊害がもたらされるのかについて述べた後、具体的な高周波化の手法としてインダクタインパルスを用いたゲート駆動のほか、スイッチングアシストという新しい概念によるスイッチングの高速化・高効率化手法について紹介します。 　また、高速スイッチングに起因するノイズ電流を抑制するゲートドライブ絶縁電源についても言及します。

1. 高周波電力変換器とその応用
   1. 高周波化の必要性
   2. 高周波化による弊害
   3. 高周波電力変換器の応用
2. MOSFETの高速ゲート駆動
   1. MOSFETの概要
   2. MOSFETの寄生容量と高速スイッチング
   3. インダクタインパルスを用いたMOSFETの高速スイッチング
3. 高速スイッチングに対応したゲートドライブ絶縁電源
   1. 電力変換器におけるスイッチング素子の駆動
   2. MOSFETのゲートドライブ回路とコモンモードノイズ
   3. トロイダルマルチコアトランスを用いたゲートドライブ絶縁電源
4. スイッチングアシスト技術
   1. 2つスイッチングアシスト回路
   2. スイッチングアシストよる電力変換器の高周波化と高効率化
   3. スイッチングアシスト回路を用いた各種電力変換器の運転特性
5. まとめ
• 質疑応答