| Project/Area Number |
20K14710
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Hata Katsuhiro 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (70837294)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | DC-DCコンバータ / ハイブリッドDC-DCコンバータ / 電源回路 / 大電流出力 / インダクタ電流低減 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は小型・高効率な電源回路の高出力化を実現する革新的な設計理論の構築を目的とし，回路トポロジーとインダクタの接続方法を工夫することで大幅な損失低減を可能にする画期的なDC-DCコンバータを開発する。
本研究では，①定常特性の理論解析と高出力化，②過渡特性の理論解析と制御器設計，③制御ICを含めた包括的な実機検証，の3つのテーマを実施する。特に，具体的な提案回路の理論解析と設計手法をもとに，一般的なインダイレクト型の回路トポロジーに適用できる設計理論に拡張し，小型・高効率かつ高出力を実現する新しい電源回路の基盤技術を確立する。
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| Outline of Final Research Achievements |
This research focused on dual-path hybrid DC-DC converters that can reduce the inductor DC current and showed a method to find the operating point based on the duty cycle etc. by analyzing the behavior of each voltage and current in the two circuit states. In addition, the selection of elements necessary to achieve high power output and high efficiency was examined. For the transient characteristics, a method used for controller design based on the state equation and transfer function considering the internal resistance of each circuit element was studied. The system development and experimental verification using the digital control board carried out in this study showed that the power supply for gate driving each power device and start / stop sequence are important.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では，インダイレクト型ハイブリッドDC-DCコンバータの具体的な回路構成を例として，理論解析に基づく回路設計および制御器設計に関する手法を体系的にまとめ，一般的なインダイレクト型の回路トポロジーに応用できる設計理論を構築した。
今回実施したシステム開発および実機検証より，高出力化および高効率化を実現するために必要な素子選定，理論解析に基づく回路設計および制御器設計，各パワー半導体素子に対するゲート駆動用の電源供給手段および起動／停止シーケンスの必要性など，実際のアプリケーションへの応用を視野に入れた知見が得られ，高性能電源回路の発展につながる成果が得られた。
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