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半導体変圧器(SST)の動向

 パワーエレクトロニクスによる電力変換技術である半導体変圧器(SST)は小型・高効率、双方向電力変換、能動的な制御性を有する次世代技術です。その構成はDAB(Dual Active Bridge)を中心とした絶縁型双方向DC/DCコンバータとして低圧大電力用途(5kHz~20kHz)、EV急速充電や鉄道など中出力用途(20kHz~50kHz、85kHz)及び小型SSTや研究用途(100kHz~MHz帯域)に展開されています。

 大電流化が進む市場要求に対して、高磁束密度材料のみならず、分散ギャップ工法の展開、インターリーブ用2in1コイルへの対応などコア形状のカスタム化が必須となります。

SSTの基本的な構成要素

①高周波変圧器

 電力変換の心臓部であり絶縁と電圧変換を行います。

②半導体素子

 主にSiCやGaNといったパワー半導体が使用されます。

③制御回路

 半導体素子のスイッチングを制御し、電力の安定化や様々な機能を実現します。

SSTの回路構成

①AC/DC変換ステージ

 入力交流を高周波に変換するためアクティブ整流器(双方向AC/DCコンバータ)が用いられる。これにより力率改善や高調波制御が行われます。

②高周波リンクステージ

 高周波変圧器を挟んで高周波AC/AC変換が行われる。これにより絶縁と電圧変換が効率的に行われます。

③DC/AC変換ステージ

 出力側でDC/ACインバータを介して任意の電圧・周波数の交流を出力します。

ステージの組合せ

 電圧調整機能:入力電圧の変動があっても安定した出力電圧を供給します。

 力率改善機能:系統への影響を抑え効率的な電力利用を促進します。

 高調波抑制機能:電力品質を向上させ機器への悪影響を減らします。

 故障電流制御機能:系統事故時に電流を制限し被害を最小限に抑えます。

 潮流制御機能:双方向の電力の流れを制御し系統安定化を図ります。

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