新的电力转换器设计以比以前更低的成本和维护实现了更高的效率。神户大学开发的直流升压转换器有望为发电、医疗保健、移动和信息技术领域的电气和电子元件的进一步发展做出重大贡献。

从阳光或振动中获取能量、为医疗设备或氢燃料汽车提供动力的设备有一个共同的关键组件。这种所谓的“升压转换器”将低压直流输入转换为高压直流输出。由于它是一个无处不在的关键部件，因此希望它使用尽可能少的零件，以减少维护和成本，同时以尽可能高的效率运行，而不产生电磁噪声或热量。升压转换器的主要工作原理是在电路中的两种状态之间快速变化，一种状态存储能量，另一种状态释放能量。开关速度越快，元件可以越小，从而可以缩小整个装置的尺寸。然而，这也增加了电磁噪声和热量产生，从而降低了功率转换器的性能。

神户大学电力电子研究员MISHIMA Tomokazu团队在开发新型直流功率转换电路方面取得重大进展。他们设法将高频开关(比以前高约 10 倍)与一种称为“软开关”的技术相结合，该技术可减少电磁噪声和散热引起的功率损耗，同时减少组件数量，从而保持成本且复杂度低。 “当电路在两种状态之间变化时，会有一个短暂的时间段，开关没有完全闭合，此时开关上既有电压又有电流。这意味着在此期间开关就像电阻器一样发挥作用，从而散热。开关状态变化越频繁，这种耗散发生得越多。软开关是一种保证开关转换在零电压下发生的技术，从而最大限度地减少热损失，”Mishima 博士解释道。传统上，这是通过“缓冲器”来实现的，这些组件在过渡期间提供替代能量吸收，随后导致能量损失。

神户大学团队在《IEEE Transactions on Power Electronics》杂志上展示了他们的新电路设计及其评估。他们取得这一成就的关键是使用“谐振回路”电路，该电路可以在开关期间存储能量，因此损耗要低得多。此外，他们还采用节省元件的设计，将扁平元件印刷在电路板上，称为“平面变压器”，这种设计非常紧凑，并且具有良好的效率和热性能。

三岛和他的同事还构建了电路原型并测量了其性能。 “我们确认，我们的无缓冲器设计大大降低了电磁噪声，能源效率高达 91.3%，这对于具有高电压转换比的 MHz 驱动器来说是前所未有的。这一比率也比现有设计高出 1.5 倍以上。”然而，他们希望通过降低所用磁性元件的功耗来进一步提高效率。

考虑到我们社会中电气设备的普遍存在，具有高倍压比的直流电源的高效率和低噪声运行极其重要。神户大学的这一开发项目将对电力、可再生能源、交通、信息和电信以及医疗保健等领域的应用产生重大影响。三岛解释了他们的未来计划，他说：“目前开发的是100W级小容量原型，但我们的目标是通过改进电子电路板和其他组件，在未来将功率容量扩大到更大的kW级容量。 ”

这项研究是与国立中兴大学的研究人员合作进行的。

神户大学是一所国立大学，其历史可以追溯到1902年创建的神户商业学校。它现在是领先的综合性研究型大学之一，拥有10个院系和15个研究生院，拥有近16,000名学生和近1,700名教职员工。神户大学将社会科学和自然科学相结合，培养具有跨学科视角的领导者，创造知识并促进创新，以应对社会挑战。