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フライングキャパシタ線形増幅回路の超多直列化によるノイズレスインバータの実現

研究課題

研究課題/領域番号 18K13739
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分21010:電力工学関連
研究機関横浜国立大学

研究代表者

小原 秀嶺  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 非常勤教員 (50772787)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードパワーエレクトロニクス / マルチレベルリニアアンプ / フライングキャパシタリニアアンプ / ノイズフリー / 効率 / 電圧バランス制御 / マルチレベルコンバータ / ノイズ / リニアアンプ / インバータ / 高効率 / フライングキャパシタ線形増幅回路
研究成果の概要

本研究は,フライングキャパシタリニアアンプ(FCLA)の直列素子数を増やすことにより,パワー半導体デバイスのスイッチング動作を用いずに高い電力変換効率を達成し,広義のノイズを原理的に発生しないインバータを実現することを目的とした。まず,FCLAを単一の入力電源で動作させるためのキャパシタ電圧バランス制御手法を提案した。さらに,直列素子数に対する制御実装のスケーラビリティを向上させて多直列のFCLAを実現し,シミュレーションおよび実験により,高効率化可能であることを実証した。以上から,FCLAによりPWMインバータに迫る効率とノイズフリーを同時に満たす電力変換器が実現可能であることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は,これまで効率の低さから電力変換の用途には適用出来なかった線形増幅回路を新しい回路方式とその多直列化によって,PWMインバータに迫る水準まで高効率化することにより,広義のノイズを原理的に発生しない電力変換器の実現可能性を示したことに学術的意義がある。パワー半導体デバイスの高速化や情報通信の高度化に伴い,電力変換装置に関わるノイズの問題がより一層深刻になっており,本研究成果は,パワーエレクトロニクス機器が抱えるノイズの問題を解決する手段の一つになることが期待される。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Application of Multi-Level Converter for Fast Current Control in Small-Scale DC Power Network2019

    • 著者名/発表者名
      Masaya Katayama, Tatsuk Ohno, Hidemine Obara, and Atsuo Kawamura
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industry Applications

      巻: Vol. 55, No. 3 号: 3 ページ: 2902-2909

    • DOI

      10.1109/tia.2019.2896839

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ノイズを発生しないパワーエレクトロニクス技術2020

    • 著者名/発表者名
      小原秀嶺
    • 学会等名
      キョウデン 5G時代を支えるための技術紹介セミナー(第三回)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Study on Modular Multi-Level DC-DC Converter with Cell Voltage Balancing and Fast Output Response Using Sub Commutation Circuits2019

    • 著者名/発表者名
      Hidemine Obara, Masaya Katayama, Atsuo Kawamura, Jin Xu, Noboru Shimosato, and Satoshi Inoue
    • 学会等名
      International Conference on Power Electronics (ICPE) 2019 -ECCE Asia
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ノイズを発生しないパワーエレクトロニクス技術2019

    • 著者名/発表者名
      小原秀嶺
    • 学会等名
      キョウデン 5G時代を支えるための技術紹介セミナー(第一回)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Flying-Capacitor Linear Amplifier with Capacitor Voltage Balancing Control for Efficient and Low Harmonic Power Conversion2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Ohno, Masaya Katayama, Hidemine Obara, and Atsuo Kawamura
    • 学会等名
      IEEE Applied Power Electronics Conference (APEC) 2019
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-Level Topology Based Linear Amplifier Family for Realization of Noise-Less Inverters2018

    • 著者名/発表者名
      Hidemine Obara, Tatsuki Ohno, and Atsuo Kawamura
    • 学会等名
      2018 International Power Electronics Conference (IPEC-Niigata 2018 -ECCE Asia)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フライングキャパシタ形線形増幅回路におけるキャパシタ電圧バランス制御の基礎検討2018

    • 著者名/発表者名
      大野 達樹,片山 正也,小原 秀嶺,河村 篤男
    • 学会等名
      平成30年電気学会産業応用部門大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.kawalab.dnj.ynu.ac.jp/html/obara/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-02-19  

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