回路設計は、デザインである。社会問題の解決に貢献する、パワエレ×IC研究

　集積パワーエレクトロニクス研究室では、「強電から弱電まで、社会のインフラとして欠かせない電力を、いかに効率よく供給するか」を日々研究しています。

　もう少し分かりやすく説明しましょう。火力、原子力、水力、風力、太陽光などで発電した電気は、送電線を通じ、企業などの大口需要家や家庭などの小口需要家まで送られます。その際、超高電圧にして送るのですが、それは送電線の抵抗により熱となって逃げてしまう電気のロスを減らすためです。また最終的には、各需要家に合わせて、電圧を下げたり電流を交流から直流に変換する必要があります。こうした、電力変換と制御を中心とした応用システム全般の技術がパワーエレクトロニクス（以下、パワエレ）で、エネルギー問題や環境問題を背景に、常に革新が求められています。当研究室で行っているのは、このパワエレ分野の回路設計です。

　また、私が元々メーカー勤務時代に研究していた集積回路設計（以下、IC）、例えばモノをインターネットとつなぐIOoTなど、小出力の電子回路設計をかけ合わせて研究することもできます。IC分野は成熟しつつある領域で、研究をどう活かして何に貢献するかが重要だと考えており、当研究室ではパワエレとICの2本を柱としています。パワエレとICの両者を1つの研究室で扱っているところはそれほど多くないと思います。

　パワエレ分野における最近の研究事例の一つが、20Vの電気を20倍の400Vに一発で昇圧する「DCマイクログリッド用高昇圧コンバータ」です。太陽光パネルなどで発電した電気を地産地消する分散型電源を構築する上で役立つもので、既存技術に比べて部品点数が少なく、大電流を扱うことができます。この研究は、2024年8月に東京ビッグサイトで開催された「大学見本市2024～イノベーション?ジャパン」に出展しました。

　回路設計は、英語で表すとサーキットデザインです。日本語だと小難しく感じるかもしれませんが、つまりは、回路をデザインするということです。トランジスタ、インダクタ、コンデンサ、ダイオードなどの素材を使い、数学や物理の知識とセンスを基に、回路をデザインする。何らかの素材を使ってモノをデザインするという意味では、洋服のデザインとも建築のデザインとも同じカテゴリーです。こう考えると、回路設計もより身近に感じられるのではないでしょうか。

　例えば、半導体集積回路はすべての産業の基板です。みなさんのスマホの中にも入っています。中身がどうなっているか知りたいと思いませんか。自分で回路をデザインしてみたいと思いませんか。モノづくりが好きな人にはきっと面白いと思います。

　私がこの道を選んだのは、知らないことを知りたかったから、新しいことに挑戦するのが楽しかったからです。みなさんにもぜひ、楽しむことから始めてもらいたい。そして、科学技術への尊敬の念を忘れず、目の前にチャンスが訪れた時には努力を怠らないこと。そうすれば成果は出ます。

　当研究室で行っているのは、基礎研究というよりも産業に近い研究、100年後ではなく5年後に役立つ研究、社会問題の解決につながる可能性や、全人類に影響を与える可能性のある研究です。そんな研究に取り組んでみたいという学生との出会いを、楽しみにしています。