2023 年度研究成果報告書

エナジーハーベスティング用間欠動作可能な高効率・広入出力電圧範囲の電源回路の開発

研究課題

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研究課題/領域番号	20K04597
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関	山梨大学
研究代表者	佐藤隆英山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (10345390)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード	DC-DCコンバータ / スイッチング電源 / 効率改善 / エナジーハーベスト
研究成果の概要	エナジーハーベスティング向けのDC-DCコンバータを開発した。DC-DCコンバータは降圧、昇降圧、昇圧の3つの動作状態を持ち、広い入力出力電圧範囲を有する。主たる電流経路にスイッチが1個のみ存在するため高効率を有する。高効率化に資する制御回路およびその補助電源も提案している。電圧制御方式では、新たな制御回路により出力電圧の過渡変動を抑制し、発振を防いでいる。ヒステリシス制御方式では、誤差増幅器を不要とし、スイッチの駆動電圧を最適化することで効率を改善している。いずれの制御方式においても発電電力が低下した際にはスイッチを遮断することで発電素子とDC-DCコンバータを切り離し間欠動作が可能である。
自由記述の分野	アナログ集積回路設計
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究により、高効率かつ広い入力電圧範囲を持つDC-DCコンバータが実現可能であることが示された。数mW程度の電源回路を汎用CMOSプロセスで作成する際には、スイッチの導通損失が効率を制限する問題があった。提案するDC-DCコンバータは、電流経路のスイッチを常に1個にした初の構成であり、従来回路に比べて高効率である。さらに昇圧、降圧、昇降圧の3つの動作状態を有し、広い入力電圧に対応するため、電圧変動の大きいエナジーハーベスト用の電源回路に最適である。提案回路の出力電圧範囲は広く、様々な用途への応用できる。提案回路の利用により、エナジーハーベスティングを用いた新たな装置の開発が加速される。