2022 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Fundamental Technology for Noise-Free Power Electronics
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20H02126
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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)
下野 誠通 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (90513292)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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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 / 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 Annual Research Achievements |
2022年度は、マルチレベルリニアアンプの基本3回路と、それらについてキャパシタ電圧を不均等化した方式のそれぞれについて、入出力電圧比（変調率）および負荷力率を考慮して理論効率の導出を行った。その結果、直列素子数が少ない場合には不均等電圧形のフライングキャパシタリニアアンプ（FCLA）が最も効率が良く、直列素子数が多い場合には不均等電圧形のモジュラーカスケードリニアアンプ（MCLA）が最も効率が高くなることを明らかにした。また、FCLAのキャパシタ電圧不均等化に関して詳細に解析を行ったところ、従来の均等電圧形のFCLAは効率が負荷力率0の場合に最適化されており、負荷力率に応じて最適なキャパシタ電圧が異なることが分かった。これらより、当初の見込みよりも少ない素子数で高効率かつノイズフリーの電力変換が実現できることが明らかになった。
また、多数のMOSFETを半導体1チップに実装することで、マルチレベルリニアアンプやマルチレベルコンバータに用いる素子数を増やすコストを低減する実装手法の開発を進めた。2021年度に開発した8つのMOSFETで構成される試作ICチップを専用のQFNパッケージへ実装し、周辺回路と併せてPCBに実装することで5レベルフライングキャパシタコンバータを実現した。効率向上や放熱性能に課題があることが分かったが、直流入力電圧180V、出力交流電流1Aで所期の動作を実証し、将来的に半導体の量産効果を利用して低コストで使用する素子数を増やせる見込みを得た。以上より、ノイズフリーと高効率を同時に実現する電力変換技術の基礎を構築した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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