注入同期高効率電力発振器の基礎理論の構築およびＲＦ電源へのの応用

• 研究課題/領域番号: 25820112
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 長崎大学 (2014-2015); 福岡大学 (2013)
• 研究代表者: 魏 秀欽 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (80632009)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2013年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: RF電源 / 高周波 / 大電力 / 無線電力伝送 / 注入同期 / 位相縮約 / 安定化 / 高調波歪率 / プッシュプル構造 / プラズマ発生装置 / 電力発振器 / 周波数安定化 / 高効率化 / 低コスト / 高周波数大電力 / 位相縮約アプローチ

研究成果の概要

本研究では, 電力発振器に対し, 周波数安定化・高効率化を低コストで実現する回路技術を提案した. 自励式電力発振器の周波数安定化のために注入同期理論を用いることを基本コンセプトとし, 物理分野で発展している位相縮約アプローチを用い, 電力発振器の動作を位相のみで記述することにより, 注入同期の安定化を記述した. その上で, 申請者の持つ電力発振器のスイッチ素子に生じる損失を削減するための回路設計技術を融合することにより, 高効率化も併せて実現できることが示した.

研究成果

• [雑誌論文] Steady-state analysis and design of class-D ZVS inverter at any duty ratio (2016)
  • 著者名/発表者名: Xiuqin Wei, Hiroo Sekiya, Tomoharu Nagashima, Marian K. Kazimierczuk, and Tadashi Suetsugu
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Power Electronics 巻: 31 号: 1 ページ: 394-405
  • DOI: 10.1109/tpel.2015.2400463
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Design procedure for wireless power transfer system with inductive coupling-coil optimizations using PSO (2016)
  • 著者名/発表者名: Takumi Noda, Tomoharu Nagashima, Xiuqin Wei, and Hiroo Sekiya
  • 雑誌名: 2016 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS2016) 巻: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis and design of loosely inductive coupled wireless power transfer system based on class-E^2 DC-DC converter for efficiency enhancement (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima, Xiuqin Wei, Elisenda Bou, Eduard Alarcon, Marian K. Kazimierczuk, and Hiroo Sekiya
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Circuits and Systems Part I: Regular Papers 巻: 62 号: 11 ページ: 2781-2791
  • DOI: 10.1109/tcsi.2015.2482338
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Class-E^2 inductive power transfer system with pre- and post-regulators (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima, Hiroo Sekiya, and Xiuqin Wei
  • 雑誌名: 4th International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA2015) 巻: - ページ: 348-352
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Class-D inverter with MOSFET nonlinear parasitic capacitance (2015)
  • 著者名/発表者名: Koyo Yonekura, Xiuqin Wei, Tomoharu Nagashima, Hiroo Sekiya, and Tadashi Suetsugu
  • 雑誌名: 4th International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA2015) 巻: - ページ: 944-948
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Design and analysis of class E inverter with MOSFET nonlinear gate-drain and nonlinear drain-to-source capacitances (2015)
  • 著者名/発表者名: Xiuqin Wei
  • 雑誌名: 37th International Telecommunications Energy Conference (INTELEC2015) 巻: - ページ: 859-863
• [雑誌論文] A method for dividing voltage stress of high voltage class E inverter (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Suetsugu, Shotaro Kuga, and Xiuqin Wei
  • 雑誌名: 37th International Telecommunications Energy Conference (INTELEC2015) 巻: - ページ: 437-440
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characteristics of high frequency gate driver by the use of LC self-excitation oscillator (2015)
  • 著者名/発表者名: Hironori Murakami, Naoyuki Ishibashi, Xiuqin Wei, Akihiko Katsuki, Masahiko Hirokawa, and Shigetaka Maeyama
  • 雑誌名: 37th International Telecommunications Energy Conference (INTELEC2015) 巻: - ページ: 232-236
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Novel architecture of EER transmitter with class-E amplifier (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Suetsugu, Xiuqin Wei, Shotaro Kuga
  • 雑誌名: 9th International Conference on Power Electronics-ECCE Asia (ICPE2015-ECCE Asia) 巻: - ページ: 2085-2090
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] UPFCの直並列形変換器によるループ配電系統の全ノード電圧制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Suetsugu, Xiuqin Wei, Shotaro Kuga, Naoki Oyama
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌） 巻: 135 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1541/ieejias.135.1
  • NAID: 130004876833
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 査読あり
• [雑誌論文] Steady-state analysis and design of class-DE inverter at any duty ratio (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroo Sekiya, Xiuqin Wei, Tomoharu Nagashima, and Marian K. Kazimierczuk
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Power Electronics 巻: 30 号: 7 ページ: 3685-3694
  • DOI: 10.1109/tpel.2014.2339355
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analytical design for resonant inductive coupling wireless power transfer system with class-E inverter and class-DE rectifier (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima, Xiuqin Wei, Elisenda Bou, Eduard Alarcon, and Hiroo Sekiya
  • 雑誌名: 2015 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS2015) 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel Architecture of EER Transmitter with Class-E Amplifier (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Suetsugu, Xiuqin Wei, Shotaro Kuga
  • 雑誌名: 9th International Conference on Power Electronics-ECCE Asia (ICPE2015-ECCE Asia) 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Locking range derivations for injection-locked class-E oscillator applying phase reduction theory (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima, Xiuqin Wei, Hisa-Aki Tanaka, and Hiroo Sekiya
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Circuits and Systems Part I: Regular Papers 巻: 61 号: 10 ページ: 2904-2911
  • DOI: 10.1109/tcsi.2014.2327276
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] FOREWORD (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Shi, Y. Takagi, D. Anzai and J. Wang
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Communications 巻: E97.B 号: 1 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1587/transcom.E97.B.1
  • NAID: 130003385166
  • ISSN: 0916-8516, 1745-1345
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analytical design procedure for resonant inductively coupled wireless power transfer system with class-DE inverter and class-E rectifier (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima, Xiuqin Wei, and Hiroo Sekiya
  • 雑誌名: 2014 IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems (APCCAS2014) 巻: - ページ: 288-291
  • 査読あり
• [雑誌論文] pEPWM architectures for fast transient response of class E amplifiers in EER system (2014)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Suetsugu, Naoki Oyama, Shotaro Kuga, Makoto Taromaru, and Xiuqin Wei
  • 雑誌名: International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA2014) 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of EPWM architectures for class E amplifiers in EER system (2014)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Suetsugu, Naoki Oyama, Shotaro Kuga, Makoto Taromaru, and Xiuqin Wei
  • 雑誌名: 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition (PEMC2014 巻: - ページ: 418-423
  • 査読あり
• [雑誌論文] Operation of class-E^2 dc-dc converter outside nominal conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima, Xiuqin Wei, and Hiroo Sekiya
  • 雑誌名: 2014 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2014) 巻: - ページ: 478-481
  • 査読あり
• [雑誌論文] A loosely coupled inductive wireless power transfer systems with class-E transmitter and multiple receivers (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroo Sekiya, Kazuhide Inoue, Tomoharu Nagashima, Tadashi Suetsugu, Shotaro Kuga, Xiuqin Wei, Kenichi Shirota, Hironobu Hatamoto, and Satoru Shimizu
  • 雑誌名: 2014 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE2014) 巻: - ページ: 675-680
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis and design of class-E_M power amplifier (2014)
  • 著者名/発表者名: X. Wei, T. Nagashima, M. K. Kazimierczuk, H. Sekiya, and T. Suetsugu
  • 雑誌名: IEEE Trans. Circuits Syst.-I, vol.61, no.4, pp. 976-986 巻: vol.61, no.4 号: 4 ページ: 976-986
  • DOI: 10.1109/tcsi.2013.2283991
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of Power Loss of Class E Amplifier with Nonlinear Shunt Capacitance (2014)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Suetsugu, Xiuqin Wei, Marian K. Kazimierczuk
  • 雑誌名: IEEJ Journal of Industry Applications 巻: 3 号: 1 ページ: 68-74
  • DOI: 10.1541/ieejjia.3.68
  • NAID: 130003388508
  • ISSN: 2187-1094, 2187-1108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Waveform equations, output power, and power conversion efficiency or class-E inverter outside nominal operation (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Industrial Electronics 巻: 61 号: 4 ページ: 1799-1810
  • DOI: 10.1109/tie.2013.2267693
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analytical design procedure for resonant inductively coupled wireless power transfer with class-E^2 dc-dc converter (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima, Kazuhide Inoue, Xiuqin Wei, Elisenda Bou, Eduard Alarcon, Marian K. Kazimierczuk, and Hiroo Sekiya
  • 雑誌名: 2014 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS2014) 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clamping of switch peak voltage with diode and transformer at output of class E amplifier (2013)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Suetsugu and Xiuqin Wei
  • 雑誌名: International Journal of Renewable Energy Research(IJRER) 巻: 2 ページ: 359-363
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design Equations for Off-Nominal Operation of Class E Amplifier with Nonlinear Shunt Capacitance at <i>D</i>=0.5 (2013)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Suetsugu. Xiuqin Wei, Marian Kazimierczuk
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Communications 巻: E96.B 号: 9 ページ: 2198-2205
  • DOI: 10.1587/transcom.E96.B.2198
  • NAID: 130003370273
  • ISSN: 0916-8516, 1745-1345
  • 査読あり
• [雑誌論文] MOSFET parasitic capacitance effects to class-DE power amplifier (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroo Sekiya, Xiuqin Wei, and Tomoharu Nagashima
  • 雑誌名: 2013 IEEE Electrical Design of Advanced Packaging and System Symposium(EDAPS2013) 巻: - ページ: 245-248
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of high-efficiency inductive-coupled wireless power transfer system with class-DE transmitter and class-E rectifier (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuhide Inoue, Tomoharu Nagashima, Xiuqin Wei, Hiroo Sekiya
  • 雑誌名: 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON 2013) 巻: - ページ: 611-616
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of class E_M amplifier with considering non-zero current fall time of drain current (2013)
  • 著者名/発表者名: Zhicai Zhang, Xiuqin Wei, Hiroo Sekiya, Naoki Oyama, Tadashi Suetsugu, and Tomoharu Nagashima
  • 雑誌名: International Future Energy Electronics Conference 2013 (IFEEC2013) 巻: - ページ: 338-343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Power dissipation at MOSFET gate port of class E amplifier (2013)
  • 著者名/発表者名: Akito Kiri, Mitsuru Sato, Shotaro Kuga, Xiuqin Wei, and Tadashi Suetsugu
  • 雑誌名: International Conference on Renewable Energy Research and Applications(ICRERA2013) 巻: - ページ: 326-329
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inductively coupled wireless powertransfer with class-E^2 DC-DC converter (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima, Kazuhide Inoue, Xiuqin Wei, Elisenda Bou, Eduard Alarcon, and Hiroo Sekiya
  • 雑誌名: 21th European Conference of Circuits Technology and Devices(ECCTD2013) 巻: - ページ: 1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-frequency high-efficiency resonant converter with class-E_M inverter and class-E rectifier (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroo Sekiya, Xiuqin Wei, and Tomoharu Nagashima
  • 雑誌名: IEEE 56th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS2013) 巻: - ページ: 33-36
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of MOSFET parasitic capacitances on EER transmitter with class-E amplifier (2013)
  • 著者名/発表者名: Xiuqin Wei, Tomoharu Nagashima, Hiroo Sekiya, and Tadashi Suetsugu
  • 雑誌名: 2013 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS2013) 巻: - ページ: 913-916
  • 査読あり
• [雑誌論文] Consideration of interference between parallel connected class D amplifiers operated at different switching frequencies (2013)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Suetsugu and Xiuqin Wei
  • 雑誌名: International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG2013) 巻: - ページ: 1034-1037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Negative-bias driving voltage for class-E GaN HEMT oscillator using a diode (2013)
  • 著者名/発表者名: Youhei Noguchi, Xiuqin Wei, Tomoharu Nagashima, Hiroo Sekiya, and Tadashi Suetsugu
  • 雑誌名: 2013 International Workshop on Nonlinear Circuits, Communications and Signal Processing (NCSP'13) 巻: - ページ: 201-204
  • 査読あり
• [学会発表] 高調波LC発振器の基本特性とゲート駆動回路への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石橋尚之, 魏秀欽, 甲木昭彦, 広川正彦
  • 学会等名: 日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市千種区不老町)
  • 年月日: 2015-09-08
• [学会発表] Characteristics of oscillator frequency on gate driver for resonant converter (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Ishibashi, Xiuqin Wei, Akihiko Katsuki, and Masahiko Hirokawa
  • 学会等名: 電気学会電子情報システム部門(C部門)大会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス(長崎県長崎市文教町)
  • 年月日: 2015-08-26
• [学会発表] 高密度コンバータのゲート駆動に適する高調波LC発振回路に関する検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村上弘典, 石橋尚之, 魏秀欽, 甲木昭彦, 広川正彦
  • 学会等名: 電気学会電子情報システム部門(C部門)大会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス(長崎県長崎市文教町)
  • 年月日: 2015-08-26
• [学会発表] E級増幅器によるEER送信機の応答を高速化するアーキテクチャ (2015)
  • 著者名/発表者名: 末次正, 空閑祥太郎, 魏秀欽
  • 学会等名: 電気学会電子情報システム部門(C部門)大会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス(長崎県長崎市文教町)
  • 年月日: 2015-08-26
• [学会発表] MOSFETの寄生容量を考慮したZVS-D級インバータの設計 (2015)
  • 著者名/発表者名: 魏秀欽
  • 学会等名: 電気学会電子情報システム部門(C部門)大会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス(長崎県長崎市文教町)
  • 年月日: 2015-08-26
• [学会発表] E級整流器におけるパルス密度変調制御の検討および実装 (2015)
  • 著者名/発表者名: 米澤剛, 永島和治, 魏秀欽, 関屋大雄
  • 学会等名: 電子情報通信学会非線形問題研究会
  • 発表場所: 神戸市兵庫県民会館（神戸市中央区）
  • 年月日: 2015-03-03 – 2015-03-04
• [学会発表] 零電圧スイッチングを達成するE^2級DC-DCコンバータの定電圧制御の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 永島和治, 魏秀欽, 関屋大雄
  • 学会等名: 電子情報通信学会非線形問題研究会
  • 発表場所: 大分市コンパルホール（大分市府内町）
  • 年月日: 2015-01-26 – 2015-01-27
• [学会発表] Analytical design of resonant inductively coupled wireless power transfer system with class-E^2 DC-DC converter (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima, Xiuqin Wei, and Hiroo Sekiya
  • 学会等名: The 1st Symposium on Semiconductor Power Conversion (S2PC)
  • 発表場所: National Ilan University （Taiwan）
  • 年月日: 2014-10-17 – 2014-10-19
• [学会発表] 最適状態外におけるE^2級DC-DCコンバータの定常状態解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永島和治, 魏秀欽, 関屋大雄
  • 学会等名: 第27回 回路とシステムワークショップ
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（淡路市夢舞台１番地）
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-05
• [学会発表] E級増幅器を用いたEER送信機におけるMOSFETの非線形容量の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 魏秀欽, 永島和治, 関屋大雄, 末次正
  • 学会等名: 電子情報通信学会非線形問題研究会
  • 発表場所: 出雲市 (島根県) ビッグハート出雲（出雲市駅南町）
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-27
• [学会発表] E^2級DC-DCコンバータを用いた磁界共鳴型無線電力伝送システムの解析的設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima, Kazuhide Inoue, Xiuqin Wei, and Hiroo Sekiya
  • 学会等名: 電子情報通信学会無線電力伝送時限研究会
  • 発表場所: 佐賀大学 本庄キャンパス 理工学部６号館２階多目的セミナー室
• [学会発表] E_M級インバータを用いた共振型dc/dcコンバータ (2013)
  • 著者名/発表者名: 関屋大雄, 永島和治, 魏秀欽
  • 学会等名: 電子情報通信学会非線形問題研究会
  • 発表場所: 香川県高松市サンポートホール高松
• [学会発表] Design of class-E inverter with inductive impedance inverter for achieving ZVS at any load resistance (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Nagashima, Xiuqin Wei, Tadashi Suetsugu, and Hiroo Sekiya
  • 学会等名: 2013 Japan-Korea Joint Technical Workshop on Semiconductor Power Converter
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] E_M級インバータとE級整流器から構成される高周波数高効率共振型コンバータ (2013)
  • 著者名/発表者名: 関屋大雄, 魏秀欽, 永島和治
  • 学会等名: 第26回 回路とシステムワークショップ
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場
• [学会発表] Behaviors of EER transmitter with class-E amplifier due to MOSFET parasitic capacitances (2013)
  • 著者名/発表者名: Xiuqin Wei, Tomoharu Nagashima, Hiroo Sekiya, and Tadashi Suetsugu
  • 学会等名: 第26回 回路とシステムワークショップ
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場
• [学会発表] あらゆる負荷抵抗に対して零電圧スイッチングを達成する誘導性インピーダンス変換器を用いたE級インバータの設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 永島和治, 魏秀欽, 末次正, 関屋大雄
  • 学会等名: 電子情報通信学会非線形問題研究会
  • 発表場所: 福岡大学中央図書館多目的ホール
• [学会発表] MOSFETの寄生容量を考慮したE級EER送信機の動作解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 魏秀欽
  • 学会等名: 電子情報通信学会九州支部
  • 発表場所: 大分大学別府職員会館
  • 招待講演
• [学会発表] MOSFETの寄生容量を考慮したE級EER送信機の動作解析
  • 著者名/発表者名: 魏秀欽
  • 学会等名: 電子情報通信学会四国支部
  • 発表場所: 徳島大学
  • 招待講演
• [備考] 長崎大学研究者総覧データベース
  • URL: http://research.jimu.nagasaki-u.ac.jp/IST?ISTActId=FINDJPDetail&ISTKidoKbn=&ISTErrorChkKbn=&ISTFormSetKbn=&ISTTokenChkKbn=&userId=100001081
• [備考] 長崎大学研究者総覧データペース
  • URL: https://hyoka.jimu.nagasaki-u.ac.jp/IST?ISTActId=RESULTSJPDetail&ISTKidoKbn=&ISTErrorChkKbn=&ISTFormSetKbn=&ISTTokenChkKbn=&userId=100001081
• [備考] 末次研究室
  • URL: http://www.tl.fukuoka-u.ac.jp/~suetsugu/KEN/index.htm