2013 Fiscal Year Annual Research Report
高効率電力変換効率と低コストを両立する次世代電力増幅器の基礎理論の確立とその応用
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23760253
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
関屋 大雄 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 准教授 (20334203)
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| Keywords | 電力増幅器 / 低コスト / 共振型コンバータ / 無線電力伝送 / RF電源回路 / 非線形回路解析 / 国際情報交流 米国オハイオ州 / 国際情報交流 スペインバルセロナ |
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| Research Abstract |
電力増幅器では、スイッチ素子における電力損失がエネルギ損失の主要因となる。そのため、スイッチに生じる電力損失の低減が、電力増幅器の電力変換効率の向上に直結する。現在実用化されている中で、最もスイッチング損失を低減する技術が、E級スイッチングである。このスイッチング技術を用いたE級増幅器は、スイッチがオンに切り替わる際に電流・電圧が連続的に変化するため、電力損失、およびノイズの発生を極めて低く抑えることができる。しかし、スイッチがオンからオフに切り替わるとき、電流にジャンプが生じる。このとき、電流には降下時間が存在するため、スイッチ電圧と電流が同時に発生することになり、電力損失が生じる。この影響を抑えるためには、高速なスイッチ素子を使わなければならず、それが電力増幅器のコストの削減、電力変換効率の更なる向上へのボトルネックとなっている。
本研究では、電力変換効率の向上とコストの削減を両立する次世代電力増幅器の研究開発を行う。現在の電力増幅器はスイッチ素子における電圧・電流のジャンプに起因する電力損失が発生する。また、その影響を抑えるために、高速なスイッチ素子を用いる必要がありコストの増大につながっていた。本研究では、スイッチ素子における電圧・電流がともに連続波形となるスイッチング技術を確立する。そのための基礎理論を申請者の持つ設計技術と非線形解析理論を融合させることにより構築する。さらに、構築した理論に基づき、無線通信用増幅器、RF電源回路、ランプバラストへのアプリケーションを意識した電力増幅器の設計を行う。これらの設計を通じ、電流・電圧波形を連続にすることに加え、アプリケーションに応じた性能改善のための役割を注入電流に付加できることを示す。提案する増幅器は性能、コストの両面において従来の技術を凌駕するのみでなく、各アプリケーションにおいてブレークスルーを創出する可能性を持つ。
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