2020 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Fundamental Technology for Noise-Free Power Electronics
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20H02126
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | パワーエレクトロニクス / マルチレベルリニアアンプ / マルチレベルインバータ / 電磁ノイズ / 高効率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、マルチレベルリニアアンプの高効率化およびマルチレベルインバータの低ノイズ化の2つの観点から電磁ノイズを発生しない電力変換方式の基盤技術確立を目指している。
2020年度は、スイッチング動作を使用しないマルチレベルリニアアンプについて、基本3回路方式の一つであるモジュラーカスケードリニアアンプ（MCLA）の応用回路を提案し、マルチレベルリニアアンプの基本3回路よりも高効率化が可能であることを明らかにした。同時に、MCLAの各ブリッジのキャパシタ電圧を不均等にすることにより、用いるパワーデバイス数を増やすこと無くさらなる高効率化が可能であることが分かり、理論解析およびシミュレーションでその効果を定量化した。MCLAの種々の応用回路方式を検討する中で、他の応用回路実現のヒントも明らかになり、技術体系化の知見を得ることが出来た。
他方、マルチレベルリニアアンプとマルチレベルインバータの両方式において、パワーデバイスの数を増やすことで高性能化が可能であるという共通した特徴があり、本研究では多数のパワーデバイスを低コストで実装することで実用化の障壁を低くすることも目指している。多数のパワーデバイスで構成される主回路を1チップIC化するため、その仕様について検討を行い、5レベルインバータにおいて直流200V、5A程度を扱える主回路を1チップICで実現できる見込みを得た。IC試作に先立って、ディスクリート素子を使用した予備的な実験検討を行い、その結果をIC設計に役立てたが、新型コロナウイルス感染拡大の影響を受けて仕様検討に遅れが生じ、具体的な設計試作は2021年度に延期することとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度にマルチレベル主回路の1チップICの設計、製造を行う予定であったが、新型コロナウイルス感染拡大の影響を受け、設計、製造に遅れが生じた。2021年度早々に設計、試作が完了出来るよう急ピッチで検討を進める。IC試作以外については、MCLAの応用回路の提案と実証が出来るなど基盤技術確立に向けて順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の検討により、マルチレベルリニアアンプの基本回路と応用回路の考え方が一通り分かった。今後は、各方式において、キャパシタ電圧バランス制御、ゲート回路構成、電圧不均一化などの適用可能性、高効率化可能性を整理し、実用化を見据えた実験実証を進める。
IC試作については、2021年度早々に具体的な設計、試作が完了出来るよう急ピッチで検討を進め、パッケージング、回路実装、動作検証と順を追って当初の計画に追い付くよう進める。
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