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2014 年度 実績報告書

GaN HEMT等を用いた高周波スイッチング増幅器による電源回路の集積回路化

研究課題

研究課題/領域番号 24360153
研究機関福岡大学

研究代表者

末次 正  福岡大学, 工学部, 教授 (60279255)

研究分担者 関屋 大雄  千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 准教授 (20334203)
魏 秀欽  福岡大学, 工学部, 助教 (80632009)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード移動体通信 / マイクロマシン / GaN HEMT / 高周波 / 増幅器 / 電源回路
研究実績の概要

今年度はE級増幅器の動作の変動について解析を行い、また動作変動による効率の低下およびピークスイッチ電圧の上昇を抑える方法や高速な過渡追従を可能とする方式について研究した。また、昨年に引き続きトランジスタの寄生容量の非線形成分が動作に与える影響について解析を行いデバイスの耐圧に耐える方法や電力損失の発生を抑える方法について研究した。さらにオンチップレイアウトの作成を進めた。まずオンチップE級増幅器においてはトランジスタの寄生容量の非線形性が動作に与える影響を昨年に引き続き解析しIEEE Transactions on Industrial Electronicsに発表した。E級増幅器の高周波動作時の電力損失を極力抑えるための方式であるEM級増幅器について精度の高い解析を行いIEEE Transactions on Circuits and Systemsに発表した。E級増幅器の動作の変動について解析はE級増幅器の過渡応答を解析的に求める方法を提案しIEICE Transactions on Communicationsに発表した。またE級増幅器の過渡応答を高速化するための方法を提案しPEMC2013で発表し、さらにその発展方式をICRERA2014で発表した。動作変動による効率の低下およびピークスイッチ電圧の上昇を抑え最適動作を維持する方法をIPEC2014出発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

レイアウト設計を一部開始したが、動作検証および検証の結果に基づく設計修正の進捗がやや遅れている。レイアウトのシミュレーションによる動作検証において求められる動作を得るのに難航して進捗が遅れている。

今後の研究の推進方策

動作検証について進捗が遅れたため経費が未消化となったので、遅れを取り戻すべく試作を進めることを予定している。周波数を下げたり電力レベルを下げることによって動作条件を緩和して設計しやすくしてレイアウト設計および動作検証を早め遅れを取り戻して回路を完成させる。

次年度使用額が生じた理由

今年度の助成金についてレイアウト設計したチップを試作して動作検証する予定だったが、レイアウト設計が難航し動作検証が遅れたので残額が生じた。

次年度使用額の使用計画

翌年度はこの残額と翌年度の研究費を合わせてE級増幅器のチップ設計を行い動作を測定する。動作確認にはレイアウト設計したチップをシミュレーションにより動作確認を行い、動作を確認した上で試作を行う。ピークスイッチ電圧の低減や電力効率の向上、および応答速度の向上のために提案された方式を取り入れて回路の性能向上を実現する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Waveform equations, output power, and power conversion efficiency for class-E inverter outside nominal operation2014

    • 著者名/発表者名
      Tomoharu Nagashima, Xiuqin Wei, Tadashi Suetsugu, Marian K. Kazimierczuk, and Hiroo Sekiya
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industrial Electronics

      巻: vol. 61 ページ: 1799-1810

    • DOI

      10.1109/TIE.2013.2267693

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis and design of class-EM power amplifier2014

    • 著者名/発表者名
      Xiuqin Wei, Tomoharu Nagashima, Marian K. Kazimierczuk, Hiroo Sekiya, and Tadashi Suetsugu
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Circuits and Systems Part I

      巻: Vol. 61 ページ: 976-986

    • DOI

      10.1109/TCSI.2013.2283991

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extended Discrete Control of Class E Amplifier in Order to Achieve Nominal Operation2014

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Suetsugu, Xiuqin Wei, Shotaro Kuga
    • 雑誌名

      International Power Electronics Conference ECCE-ASIA (IPEC2014)

      巻: Vol.1 ページ: 3955 - 3958

    • DOI

      10.1109/IPEC.2014.6870068

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of Dynamic and Transient Response of Frequency Modulated Class E Amplifier2014

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Susetsugu, Xiuqin Wei, Marian K. Kazimierczuk
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Communications

      巻: Vol.E97-B ページ: 1630-1637

    • DOI

      10.1587/transcom.E97.B.1630

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Loosely Coupled Inductive Wireless Power Transfer Systems with Class-E Transmitter and Multiple Receivers2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroo Sekiya, Kazuhide Inoue, Tomoharu Nagashima, Tadashi Suetsugu, Shotaro Kuga and Xiuqin Wei
    • 雑誌名

      2014 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE2014)

      巻: Vol.1 ページ: 675 - 680

    • DOI

      10.1109/ECCE.2014.6953460

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of EPWM Architectures for Class E Amplifiers in EER System2014

    • 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, (PEMC2013)

      巻: Vol.1 ページ: 331 - 336

    • DOI

      10.1109/EPEPEMC.2014.6980514

    • 査読あり
  • [雑誌論文] pEPWM Architectures for Fast Transient Response of Class E Amplifiers in EER System2014

    • 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: Vol. 1 ページ: 354 - 358

    • DOI

      10.1109/ICRERA.2014.7016409

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] EPWM-EERによるE級増幅器の応答高速化2014

    • 著者名/発表者名
      末次 正, 大山修毅, 空閑祥太郎, 魏秀欽
    • 学会等名
      電子情報通信学会 電子通信エネルギー研究会
    • 発表場所
      機械振興会館
    • 年月日
      2014-10-10
  • [学会発表] E 級最適動作を実現する E 級増幅器の離散制御2014

    • 著者名/発表者名
      末次 正, 魏 秀欽, 空閑 祥太郎
    • 学会等名
      電気学会産業応用部門家電・民生研究会
    • 発表場所
      機械振興会館
    • 年月日
      2014-05-29

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公開日: 2016-06-01  

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