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IECON : The 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society

筑波大学まとめ

2019年10月14日~17日@Lisbon, Portugalにて開催。参加者約1250名。発表数約1120件。モーションコントロール・メカトロニクス・ロボティクスなどに関連した発表が充実しており,パワーエレクトロニクスに関する発表は180件ほど。

【主な発表】

ワイドバンドギャップデバイスに関係する主な発表

① “SiC Power Modules for Traction Inverters in Automotive Applications,” G. Mauromicale, A. Raciti, S. A. Rizzo, G. Susinni (University of Catania, Italy), L. Abbatelli, S. Buonomo, D. Cavallaro, V. Giuffrida, (STMicroelectronics, Italy)

EV等の駆動用インバータに適用されるSiCモジュールについて,電気と熱,安全性と信頼性の問題のほか,デバイスの並列化とモジュールレイアウト,および電力変換効率の問題を調査。シミュレーションを中心に検討した結果,ゲート配線等も含めて短距離かつバランスするのが良いと結論。

② “A Digital PWM Controller of MHz Active Clamp Flyback with GaN Devices for AC-DC Adapter,” D. Gu, J. Xi, L. He (Zhejiang University, China)

GaNデバイスを適用したMHzアクティブクランプフライバック(ACF)コンバータ用の完全なPWMコントローラを紹介。デジタルフィードバック制御した結果をD/Aでアナログ信号へ変換し,1MHzののこぎり波と比較することにより,高分解能な高周波スイッチングを達成。45 Wの実験装置において,1MHzスイッチング時に過渡応答時間200 μsで負荷変動の影響を抑制できることを確認。プロトタイプにおいて,変換効率91%,電力密度18 W/in3を達成。

③ “A Study on Shunt Resistor-based Current Measurements for Fast Switching GaN Devices,” T. Wickramasinghe, B. Allard, C. Buttay, C. Joubert, C. Martin, J. Mogniotte, H. Morel, P. Bevilacqua (Univ Lyon, France), T. Le, S. Azzopardi (Safran Tech - Safran Paris Saclay, France)

GaN-HTMTを適用した高速スイッチングコンバータのシャント抵抗を利用した電流測定手法に関する論文。最大負荷電流8 A,入力電圧80 V,スイッチング周波数100 kHzとして,ローサイドGaN-HEMTのドレイン電流を測定,シミュレーションと実験の結果を比較。 PCBレイアウトの寄生成分を含むシミュレーション波形は測定値と非常によく一致する。しかし,電流測定用シャント抵抗を挿入した測定では,オフ時の波形が高精度に測定できているのに対して,オン時の波形が振動的になることが報告されている。シャント抵抗等を挿入したくない場合は,シミュレーションモデルを構築することにより,電流波形の測定が可能と結論。

④ “Efficiency of state-of-the-art GaN device in a synchronous-rectifier buck converter,” G. Mauromicale, A. Raciti, S. A. Rizzo, G. Susinni (University of Catania, Italy), F. Fusillo, A. Palermo, F. Scrimizzi (STMicroelectronics, Italy)

SiC-MOSFETの内部ゲート抵抗を推定する方法を提案。ターンオフ時のプラトー領域におけるゲート-ソース電圧,内部ゲート抵抗・外部ゲート抵抗の関係を利用して,内部ゲート抵抗の値を推定する方法を推定する。推定した内部ゲート抵抗を用いると,スイッチング波形のシミュレーション結果と実験結果がよく一致することを確認。
GaNデバイスを搭載した48V~12Vのシステムを対象とした電力変換効率のモデル化。Si-MOSFETからGaNにパワーデバイスを変更した際のスイッチング損失低減効果をモデル化し,比例係数として扱う。同期整流降圧コンバータで検証した結果,誤差率4%以下で一致し,提案モデルの有効性を確認した。

このほか,電力変換器へのSiC適用が2件,GaN適用が1件の発表があった。