| 研究課題/領域番号 |
20H02126
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2022年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2020年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
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| 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 / マルチレベルコンバータ / 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） / マルチレベルインバータ / 効率 / 電力変換 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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ることで高効率な電力変換を実現している。一方，スイッチング動作の欠点として，原理的に電磁ノイズの発生が避けられず，しばしば電力変換器は「ノイズを撒き散らす箱」と認識されてしまっている。本研究では，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を提案，実証，技術体系化し，新しいノイズフリーのパワーエレクトロニクス分野を創生しようとするものである。そのコア技術は，パワー半導体デバイスの超マルチレベル化，線形動作化とその制御およびそれらの高密度実装である。
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| 研究成果の概要 |
本研究は，電磁ノイズや高調波といった電力変換器が発生する広義のノイズの問題を対症療法的ではなく本質的なアプローチで解決することを目指し，高効率かつノイズフリーを実現する新しい電力変換方式の基盤技術創生に取り組んだ。パワー半導体デバイスのスイッチング動作を行わずに高効率とノイズフリーを実現する電力変換回路方式としてマルチレベルリニアアンプの概念を提案し，基本となる3つの回路方式と応用回路方式について動作特性をまとめ，実験実証を行った。さらに，高効率化のための多数のパワーデバイスの実装方法として半導体1チップへの集積化を試み，8つのMOSFETを1チップに実装した5レベルインバータを実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
高度な電力変換を行うインバータ等の電力変換装置は，現代の高度電力化社会に必要不可欠なものとして重要な役割を担っている。パワー半導体デバイスや回路技術の発展により，今や電力変換回路の効率は95%以上が当たり前となっているが，このような高効率化のためにはパワー半導体デバイスを高速にスイッチング動作させる必要があり，近年のSiCやGaNといった高速動作可能なデバイスの登場も相まって電磁ノイズの問題が顕在化している。本研究成果は，このような電磁ノイズの問題を根本的に解決し，周囲の機器への悪影響や大きなノイズフィルタに頼らない低コストの電力変換装置の実現に貢献することが期待される。
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