大分高専さまとの共同研究 2025年度 #3 オンラインミーティング

大分高専：池永さん

まず従来の基本モデルで、電流10A・電圧1200V の条件にて、電流密度の分布とインダクタンスの計算を行いました。

大分高専：池永さん

今回のテーマは、「電流源の導線をモデルに入れると、解析結果は変わるのか？」 です。従来モデルに、直径1mm・長さ150mmの銅線を追加し、導線あり／なしで比較しました。その結果、電流密度は約0.71倍と大きな差が出ました。導線を入れた方が、電流密度は小さくなっています。また、電流の分布も変化し、導線ありのモデルでは入力・出力端子側にも電流密度が現れました。このことから、導線を含めたモデルの方が、より実際に近い解析ができている可能性があると考えています。

大分高専：池永さん

一方、インダクタンスは、導線あり/なしで比べると、微小ながら導線ありの方が大きくなりました。

大分高専：池永さん

次に、インダクタンスを下げるための新モデルの提案になります。リード線部分を積層させた構造にしたところ、最大電流密度は通常モデルの約3.8倍に増加しました。ただし、インダクタンスの計算方法に課題が残っています。これまでは「リード線ごと」に計算していましたが、今回は部品同士を密着させているため、同じ条件では評価できません。現在は、新しい入出力導線を用いて、基板全体としてインダクタンスを求める方法を検討しています。

ODT：広報

1つ質問なのですが、電流源の導線検証において、端子の上からリード線をつけたのはなぜですか？

大分高専：池永さん

リード線をつけることによって、より真値に近くなるのではないかと考えたからです。

ODT：広報

そうですね、「真値に近くするため、リード線を設けました。」と伝えると良いのかなと思ったので、「真値に近いところを目指して」という点に触れるといいのかもなと思いました。

大分高専：池永さん

はい、ありがとうございます。

ODT：杉木

まず、1mmのリード線の配置についてです。現在は、すべて上向きにそろえていますが、向きを変えたパターンはまだ検証していません。導線を同じ向きに長く伸ばすと、モデルの上下に空間ができます。この空間があると、メッシュ作成時に外側の磁界分布まで計算に含めやすくなる、というメリットがあります。一方で、配置によってはモデル下側が十分にメッシュ化されず、外部の磁界分布を正しく拾えていない可能性もあります。例えば、1本だけ下向きに配置すると、モデル外側の空間も含めて計算しやすくなり、現在出ている「0.71倍」という差にも影響するかもしれません。

大分高専：石川先生

例えば、ドレインだけ横にして、ゲートとソースを上下にするとかにすると、 空間的な広がりが一気に広がるので、値はだいぶ変わる気がしますね。

ODT：杉木

もう一つ、新しい積層モデルについてです。「インダクタンス計算がまだできていない」と話していた点ですが、構造を工夫することで改善の可能性があります。例えば、電極を向かい合わせに配置すると、磁界が打ち消しあうので相互インダクタンスを低減することができるためトータルのインダクタンスが下がる可能性があります。現在の計算ツールは「部品ごとの部分インダクタンス」を足し合わせる方法です。そのため、構造変更による“相互作用”をどのように計算へ反映させるかが、次の検討ポイントになりそうです。

大分高専：石川先生

これまでは、リード線単体の部分インダクタンスで評価してきました。しかし、電流の向きまでそろえた積層構造にできれば、磁界が打ち消し合い、結果は大きく変わる可能性があります。現状は、まだ「積層しただけ」の状態で、きれいに打ち消し合う構造までは作り込めていません。今後、構造をさらに最適化できれば、相互インダクタンスをより低減できる可能性があると考えています。

ODT：杉木

そうですね、最低限自己インダクタンスだけは比較できるといいのかなと思いますね。

大分高専：池永さん

はい、ありがとうございます！