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。
由研究员三岛智和领导的神户大学电力电子团队在开发新型直流功率转换电路方面取得了重大进展。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，该技术可减少因散热引起的电磁噪声和功率损耗，同时还减少了组件数量，从而保持了成本且复杂度低。
“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，此时开关两端既有电压又有电流。这意味着在这段时间内开关的作用就像一个电阻器“开关状态变化越频繁，这种耗散现象就越多。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量损失，”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《IEEETransactionsonPowerElectronics》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。
神户大学团队提出了一种新的电路设计，该设计使用“谐振回路”电路，可以在开关期间存储能量，因此损耗低得多。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。图片来源：三岛智和
三岛和他的同事还构建了电路原型并测量了其性能。“我们证实，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。这个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，“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。