2022 Fiscal Year Final Research Report

Creation of Fundamental Technology for Noise-Free Power Electronics

Research Project

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Project/Area Number	20H02126
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 21010:Power engineering-related
Research Institution	Yokohama National University
Principal Investigator	Obara Hidemine 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50772787)
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)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
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）
Outline of Final Research Achievements	This research aims to solve the problem of noise generated by power converters such as electromagnetic interference and harmonics with a fundamental approach rather than a symptomatic approach. The concept of a multi-level linear amplifier has been proposed as a new power conversion principle and circuits that achieve high efficiency and noise-free without switching operation of power semiconductor devices. Operation characteristics of three basic topologies and advanced topologies have been analyzed and summarized, and they were experimentally verified in laboratory prototypes. Furthermore, as an implementation method for a large number of power devices to achieve higher efficiency in the multilevel converters, a monolithic IC consisting of eight MOSFETs was designed and developed. A 5-level inverter using the prototype IC with eight MOSFETs has been experimentally verified.
Free Research Field	パワーエレクトロニクス
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	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。