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25820112
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
魏 秀欽 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (80632009)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | RF電源 / 高周波 / 大電力 / 無線電力伝送 / 注入同期 / 高調波歪率 / プッシュプル構造 / プラズマ発生装置 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
RF電源とは高周波大電力のAC電圧を出力する電源であり, 半導体製造装置, 液晶（LCD/PDP/LED）製造装置, 太陽電池製造装置, MEMS製造装置, 無線電力伝送装置, プラズマ清浄装置などで必須の電源回路である. 特に近年, 環境問題に対応する技術開発が注目される中, RF電源の技術を使って製造される太陽電池や電気自動車（EV）の市場は, 急激に拡大しており, それと同時にRF電源への技術的な要求が高まっている. 現在, RF電源のほとうどで, B級, C級などの線形増幅器が採用されている. 線形増幅器は本質的に電力損失が大きくエネルギーを無駄にする上, 大量の発熱を逃すための放熱設備が必要となり大型化するという問題点がある. そこで, 本年度以降ではRF電源向けの注入同期高効率電力発振器を開発する.
本年度は無線電力伝送の送信段としてのRF電源の開発を行った. 無線電力伝送の送信段としてのRF電源の設計仕様に基づき, 平成25年で構築した理論を用い回路を設計することができた. 設計から得られた素子値を用い回路実験を行った. その結果, 設計された無線電力送信段としてのRF電源の周波数の安定化と電力変換効率の向上を同時に達成することを示すことができた. また, 安定性, 電力変換効率などの基礎データを測定することができた. 本フェーズは申請者のこれまでの開発から考えると, 比較的に開発しやすい設計仕様といえる. したがって, 本フェーズで開発されたRF電源は注入同期高効率発振器の特性を評価するためのテストベッドとしての意味合いも持つ.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本年度は無線電力伝送の送信段としてのRF電源の開発が主要課題であった. 平成25年度では位相アプローチを適用することにより, 注入同期電力発振器の周波数安定化, 電力変換効率を両立するための基礎理論を構築した. 本年度では, その理論を用い, 無線電力伝送の送信段としてのRF電源の設計仕様に基づき, 回路の設計を行った. スイッチ素子へのストレスに注意しながら, 電力変換効率とコストの最適化をはかり, 素子の選定を行った. そのうえで, 設計に基づき回路を実装し実験を行い, 安定性, 電力変換効率などの基礎データを測定した. ここでは, スイッチング損失を最小化する条件が達成できるかに注意し, 波形を測定した.
無線電力伝送システムとして求められる特徴として, 高調波歪率の低減が求められる. そこで, 本システムではプッシュプル構造を有した注入同期電力発振器を開発することも目指した. プッシュプル構造を導入することで低高調波歪率を達成するだけでなく, 大電力化にも貢献する. しかしながら, プッシュプル構造を適用することにより, 適用前後の回路構成が異なり, これまで構築した理論はそのまま適用しても上手に記述できないため, 位相記述による同期解析技術を用い, 安定化のための基礎理論を再構築する必要となる. また, その拘束条件が複雑になり, 理論の構築および回路の設計が困難であるという問題があり, 開発は進んでいなかった.
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| Strategy for Future Research Activity |
無線電力伝送システムとしてのRF電源では, システムの低高調波歪率化が求められている. そのためにプッシュプル構造を導入した注入同期電力発振器の開発も重要な課題となる. しかしながら, プッシュプル構造を導入することにより, 導入前後の回路構成が異なり, 拘束条件も複雑になり, これまで構築した理論はそのまま適用しても上手に記述できないことが明らかになった. したがって, 今後はこれまでの位相記述による同期解析技術をさらに発展させ, 安定化のための基礎理論を再構築する. また, 解析の妥当性の確認を行うため, 回路実験を必須として研究を進めていく.
平成２７年度では, 無線電力伝送システムとしてのRF電源における, プッシュプル構造を導入した注入同期電力発振器の開発という課題とともに, プラズマ発生装置としてのRF電源の開発も目指している. 無線電力伝送システムにおけるRF電源と比較して, 周波数・電力とも大きくなるため実装のための様々な工夫が必要となる. この設計仕様において通常のスイッチング増幅器を用いて設計すると, 駆動回路に電力が必要となり, 駆動回路の中に別途増幅器が必要となる. したがって, 13.56 MHzで, 300 W出力に対する耐圧をもつ半導体素子はあまり種類がなく高価となる. 高効率化技術を導入することにより, 半導体素子に求められるスイッチ速度が低くなるため, 提案技術におけるコストの削減効果が顕著となる. 本開発では特にコスト削減効果を評価し, 提案技術の有効性を定量的に評価する.
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| Causes of Carryover |
本年度では, 回路素子などの実験消耗品はよく再利用した. また, 低高調波歪率化のためにプッシュプル構造を導入した注入同期電力発振器の開発が遅れたので次年度使用額が生じた.
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
これまでの位相記述による同期解析技術をさらに発展させ, 遅れを取り戻すべくプッシュプル構造を導入した注入同期電力発振器の開発を進める. その課題と共に, プラズマ発生装置としてのRF電源の開発も進めることを予定している. 数多くの回路を試作するため, 回路素子などの実験消耗品を購入する. また, プラズマ発生装置としてのRF電源の開発のための半導体素子を使用する計画である. 平成２６年１１月１日より所属研究機関を変更した. 現在所属する研究室にはLCRメータがないため, LCRメータを導入する. さらに, 研究成果公表のための旅費, 論文誌投稿料などにも適宜使用する.
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