| Project/Area Number |
23K26089
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| Project/Area Number (Other) |
23H01394 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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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 | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
小原 秀嶺 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50772787)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤本 康孝 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60313475)
河村 篤男 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 名誉教授 (80186139)
赤津 観 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (90361740)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
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| Keywords | パワーエレクトロニクス / マルチレベルリニアアンプ / ノイズフリー / 効率 / 集積化 / マルチレベルインバータ / 電磁ノイズ / 高効率 / モジュラーカスケードリニアアンプ（MCLA） / フライングキャパシタリニアアンプ（FCLA） / ダイオードクランプリニアアンプ（DCLA） |
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| Outline of Research at the Start |
現在広く使用されているパワーエレクトロニクス機器は，パワー半導体デバイスのスイッチング動作を用いて高効率な電力変換を実現しているが，原理的に電磁ノイズの発生が避けられない。研究代表者らは，これまで，高い変換効率を維持しつつ原理的に電磁ノイズを一切発生しない電力変換方式としてマルチレベルリニアアンプ（MLLA）のコンセプトを提案，実証した。本研究は，MLLAの各回路方式に特有かつ共通の技術であるが未解明な部分が多い，電圧不均等化，ゲート回路構成，キャパシタ電圧バランス制御などの各要素技術の特性を明らかにし，電磁ノイズを発生しないパワーエレクトロニクスとして学術体系化することを目指すものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は、マルチレベルリニアアンプ（MLLA）の中でも特に、現時点で効率を高くするために必要なパワーデバイス数が最も少なくて済むモジュラーカスケードリニアアンプ（MCLA）について検討を深めた。これまでの研究で、変調率や負荷力率、セル数（素子数）に対する効率特性を明らかにしているが、セル数を増やした場合の動作モード選択やキャパシタ電圧バランス制御に規則性を見いだせておらず、これまで3セル回路までの動作実証に止まっていた。そこで、4セル以上にセル数を増やすことを想定して動作モードの詳細な解析を行い、セル数に対する動作モードの規則性を明らかにした。その知見を用いて、4セルMCLAのシミュレーションモデルを構築し、各セルのキャパシタ電圧バランス制御を意図した通りに実現することができた。以上より、MCLAのセル数に対する制御の一般化の理論が構築できた。
マルチレベルリニアアンプの各方式を比較すると、同じパワーデバイス数であっても回路構成により使用できる動作モードの数が異なり、その動作モード数が多いほど回路全体として線形動作の損失が低減でき、高効率化が可能という知見が得られた。すなわち、マルチレベルリニアアンプの高効率化と動作モード数には相関があり、素子数だけでなく動作モード数で効率を一般化して議論できる可能性があることが分かった。来年度は、この視点も念頭に置き、マルチレベルリニアアンプのさらなる技術体系化を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画に沿って、マルチレベルリニアアンプの技術体系化に向けて検討が進んでいる。特に、現時点で最も高効率化に優位性のあるモジュラーカスケードリニアアンプ（MCLA）のセル数一般化の見通しが立っており、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までの研究により、マルチレベルリニアアンプの基本回路方式について制御手法を一般化し、規則性を用いることで制御実装を極力複雑化することなくセル数を任意に増やすことが出来るようになった。今後は、これまでの知見を利用して、キャパシタ電圧不均一化および多相化による高効率化についてさらなる検討、整理を進める。また、実証として、モジュラーカスケードリニアアンプ（MCLA）の4セル以上の回路を試作し、ノイズフリーで効率90%以上の実現を目指す。
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