Noise-free power conversion with high efficiency realized by multi-level linear amplifier using unequally divided voltage supply
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22K04063
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
船渡 寛人 宇都宮大学, 工学部, 教授 (60272217)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
春名 順之介 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (40609369)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | マルチレベル線形増幅回路 / 不均等電源 / マルチレベル変換器 / インバータ / 電力変換回路 / 線形増幅回路 / 線形増幅器 / マルチレベル |
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| Outline of Research at the Start |
スイッチングによる電力変換は高効率を実現した反面、高調波成分による雑音が問題となる。線形増幅回路は高調波の無い出力を実現することができるが、効率が低く双方向電力変換ができない。両者の特徴を兼ね備えた電力変換回路としてマルチレベル線形増幅回路（Multi-Level Linear Amplifier: MLLA）が提案された。MLLAはインバータのようにスイッチングによるEMIを原理的に発生させないが、線形増幅であるため原理的に損失が発生する。本研究では同一段数において、電源電圧配分および三相における変調法（制御法）を工夫することで、インバータと遜色ない90%台後半への効率向上を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
スイッチングによる高効率な電力変換と高調波の無い出力を実現することができる線形増幅回路の特徴を兼ね備えた電力変換回路としてマルチレベル線形増幅回路（Multi-Level Linear Amplifier: MLLA）が提案されている。本研究ではMLLAの一種であるダイオードクランプ線形増幅回路（Diode-Clumped Linear Amplifier: DCLA）において単相定格力行運転時に電源電圧区分を不均等とすることで効率が向上することを発見したことをベースとして、負荷変動や力率変化時、三相回路やDCLA以外の他方式への適用を検討して広い条件下におけるMLLAの高効率化を図り応用範囲拡大を目指している。
本年度の実績としては主として実施計画の【②三相における検討】項目については実施した。主に二相変調に着目してインバータとは異なる線形増幅独自の変調方法とそれに適した電源電圧配分について検討を進めて、他の変調方式と比較して効率最大点が倍となることを見出してどのような変調率においても高い効率が実現できることを明らかとした。特に変調率0.5以上では8段理想状態で85％以上の効率を維持できることがわかった。
また、【⑤性能の良くないp型MOSFETを用いない回路】については、既に提案されていたn型のみを用いたDCLA回路について従来型のDCLAと同様な不均等電源を適用できるだけではなく、力行と回生で異なる電圧を適用可能であり効率が向上することを明らかとした。さらに、前年度実施報告で示したスイッチング回路と線形増幅を組み合わせた回路について、スイッチング過渡波形成形を適用したマルチレベルインバータと線形増幅回路を組み合わせる新しい回路の提案を行い、基本動作を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初計画では、重点推進項目である【①正弦波単相における電圧配分検討】【②三相における検討】【③不均等直流電源の実現】の3項目について、①は2023年度の実験を進め、②③については2023年度に実験準備を進めて実験を開始することを目標としていた。①の実験については2022年度に実験装置のプロトタイプが完成していたが、広い力率範囲対応する実験については三相実験と共用化するため②三相実験の完成を待って実験することとしていた。②の三相実験装置については装置の設計が終わり実験装置は8割方完成している。③の不均等電源については2023年度後半に三相実験装置への実装を目指して準備を進めてきた。しかし、2023年9月に研究分担者が急逝したため2023年度後半は研究の進捗が滞った。そのため当初予定より数ヶ月程度遅延している。
成果発表については、国内会議で３件の発表を行った。国際会議での発表を予定していたが、研究遅延により発表が遅れたため翌年度に延期したが、2024年4月に申し込みが完了しており2024年度中に発表の予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究分担者が欠けたことによる遅れを取り戻すべく進める。遅れを考慮して、最も重点的に進めたい【②三相における検討】の特に実験検証を実現することを第一に進める。具体的には【①正弦波単相における電圧配分検討】については三相の実験と同時に進められるように準備する。【②三相における検討】については、8割方完成している実験装置を完成させて、さらに電源と負荷を整備することで夏ころには実験を実施できるように実験環境の整備を進める。【③不均等直流電源の実現】についても三相実験を実施できるよう進める。
④以降の項目については2023年度に新たに検討を開始したスイッチング過渡波形成形を適用したマルチレベルインバータと線形増幅回路を組み合わせた回路を中心に検討を進めることとする。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
