Switching power converters require energy storage components for power conversion. An inductor, a magnetic energy storage device, is generally used in traditional switching converters. Howerver, bulky inductors are a major stumbling block to circuit miniaturization.

We are working on switched capacitor converters (SCCs) that chiefly utilize capacitors as energy storage devises instead of bulky inductors. The energy density of capacitors is hundreds to thousands times that inductors, allowing miniaturized circuit design. Furthermore, SCCs and equalizers are very compatible, driving expectations of broad applications of SCCs in not only simple power conversion but also renewable energy systems.

コンバータでは回路中に電気エネルギー蓄積素子が必要であり、一般的なコンバータではインダクタと呼ばれる磁性素子がエネルギー蓄積素子として主に用いられています。しかし、インダクタは大型部品でありコンバータの小型化を妨げる要因となっています。

研究室ではインダクタの替わりにコンデンサを主なエネルギー蓄積素子として利用した電力変換器である「スイッチトキャパシタコンバータ（SCC: Switched Cpaacitor Converter）」の研究を行っています。コンデンサのエネルギー密度はインダクタと比較して100~1000倍ほどあるため、コンデンサをエネルギー蓄積素子として用いた方が同じ体積でたくさんのエネルギーを蓄積でき回路の小型化につながります。更に、スイッチトキャパシタコンバータではインダクタを必要としない、もしくは必要であってもインダクタのサイズを大幅に低減することができます。一般的に、従来のインダクタを用いたコンバータと比べてスイッチトキャパシタコンバータは制御性が乏しく応用範囲が限られるのですが、制御性を向上させた各種新方式の提案も行っています。さらにスイッチトキャパシタコンバータは部分影補償器やセルバランス回路へも転用可能であり、他の汎用コンバータと統合させる際にも非常に親和性の高い回路構成を有しているので、今後の幅広い応用が期待されます。

エネルギー蓄積素子のエネルギー密度 Energy densities of capacitors and inductors

Al電解コンデンサを用いたスイッチトキャパシタコンバータ Switched capacitor converter using Al electrolytic capacitors

セラミックコンデンサを用いたスイッチトキャパシタコンバータ Switched capacitor converter using ceramic capacitors

セルバランス回路に応用したスイッチトキャパシタコンバータ Switched capacitor converter as cell equalizer