スマートフォンやタブレット端末を軽く、薄くする技術

電子パーツを小型化し、部品点数を減少させる

スマートフォンやタブレット端末は、どんどん軽く薄くなっています。また、スマートウォッチやめがね型のスマートグラスなどのウェアラブル端末も登場しています。このような変化は、電子パーツの小型化や部品点数の減少によって可能になっています。特に重要な部分を占めるのが電源回路です。その理由は、機能ごとに要求される電圧が異なるため、複数の電源回路が必要だからです。そこで回路を1つにまとめ小型化できれば、製品をより軽く薄くすることができます。

半導体スイッチとコンデンサで電源回路を考える

現在の電源回路の多くは磁性部品を使用しています。3次元構造のコイルを使うため、どうしても厚みが出ます。そこで磁性部品を使わずに、半導体スイッチとコンデンサだけで電源回路を作る考え方があります。これだと厚みを減らせますが、弱点もあります。バッテリが供給する電流や電圧は刻々と変化しています。磁性部品はこの連続的な変化に柔軟に対応して一定の電圧を簡単に出力できます。しかし、半導体スイッチとコンデンサだけでそれができないので、レギュレータと呼ばれる電子部品で電流を一定にする必要があり、エネルギー損失が発生します。小型化できても、バッテリの減りが速くなってしまうのです。

電源回路を1つにまとめてより小さく

この問題を解決するには、コンデンサを増やして電圧変換比を増加させ、連続に近い電圧切り替えを行うことが有効です。ただそれでは、厚みは減らせても面積は増えてしまいます。そこで、電源回路を1つにまとめる省スペース化を進めています。磁性部品を使用する場合は電磁ノイズが発生するため、部品配置に注意を払う必要がありますが、この方法なら電磁ノイズを気にする必要がありません。出力を制御するコントローラーを加えれば、複数の機能に対応できます。電源回路が減るため、エネルギー損失が減少するメリットもあります。次世代モバイル機器の小型化にはこうした研究が大きな鍵を握っているのです。

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先生情報 / 大学情報

福岡工業大学工学部電子情報工学科教授江口啓先生

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電子工学、情報工学

先生が目指すSDGs

メッセージ

私の研究は、次世代モバイル機器のためのエネルギー変換技術です。すべての電子機器に必ず入っているとても大切な回路が、電気エネルギーを変換するための電源回路です。
私の研究では、高機能スマートフォンやスマートウォッチなどの次世代モバイル機器開発の鍵となる小型電源回路の設計を行っています。どうやったら小さな機器にテレビやインターネット、電子マネーなどのいろいろな機能を詰め込むことができるのでしょうか？　福岡工業大学の電子情報工学科で一緒に勉強していきましょう。

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福岡工業大学は工学部、情報工学部、社会環境学部（文系）、大学院、短期大学部からなり、「情報」「環境」「モノづくり」の3分野を柱に、実践的な教育を実施。面倒見の良さや就職率の高さは、全国的に高く評価されている。JR鹿児島本線の快速停車駅「福工大前駅」に直結する利便性と、水と光と緑あふれるエコキャンパス、機能的なデザイン設計の校舎が、快適な学生生活を応援します。