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設計技術シリーズ

パワーエレクトロニクス回路における小型・高効率設計法
-昇圧チョッパから結合インダクタの設計まで-

著者: 山本真義氏(島根大学)
川島崇宏氏(島根県産業技術センター)
価格: 3,200円(本体)+税
判型: A5
ページ数: 187 ページ
ISBN: 978-4-904774-14-4
発売日: 2014/6/22
- 書籍紹介 -
パワエレ関連の書籍は多数ありますが、本書籍は現場を知り尽くした著者が『事例解説を交えて、現場技術者のために執筆した』という新しい形の書籍になっています。再生可能エネルギーなどの高効率活用を可能にする内容になっています。
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【著者紹介】

山本真義(やまもと まさよし)
山口大学理工学研究科単位取得退学後、サンケン電気株式会社、島根大学総合理工学部講師を経て、2011年より島根大学総合理工学部准教授着任。パワーエレクトロニクス全般 (磁気、制御、回路方式、半導体駆動) に関する研究に従事。博士 (工学)。IEEE、電気学会、電子情報通信学会会員、島根県パワーエレクトロニクス研究会副会長。
川島崇宏(かわしま たかひろ)
2012年3月島根大学大学院総合理工学研究科電子機能システム工学専攻博士後期課程修了、博士(工学)の学位を取得。同年4月より島根県産業技術センターに勤務。専門はパワーエレクトロニクス、主に電力変換器の小型化・高効率化に関する研究に従事。

【目次】

第1章 パワーエレクトロニクス回路技術

  1. 1. はじめに
  2. 2. パワーエレクトロニクス技術の要素
    1. 2-1 昇圧チョッパの基本動作
    2. 2-2 PWM信号の発生方法
    3. 2-3 三角波発生回路
    4. 2-4 昇圧チョッパの要素技術
  3. 3. 本書の基本構成
  4. 4. おわりに

第2章 磁気回路と磁気回路モデルを用いたインダクタ設計法

  1. 1. はじめに
  2. 2. 磁気回路
  3. 3. 昇圧チョッパにおける磁気回路を用いたインダクタ設計法
  4. 4. おわりに

第3章 昇圧チョッパにおけるインダクタ小型化手法

  1. 1. はじめに
  2. 2. チョッパと多相化技術
  3. 3. インダクタサイズの決定因子
  4. 4. 特性解析と相対比較(マルチフェーズ v.s. トランスリンク)
    1. 4-1 直流成分磁束解析
    2. 4-2 交流成分磁束解析
    3. 4-3 電流リプル解析
    4. 4-4 磁束最大値比較
  5. 5. 設計と実機動作確認
    1. 5-1 結合インダクタ設計
    2. 5-2 動作確認
  6. 6. まとめ

第4章 トランスリンク方式の高性能化に向けた磁気構造設計法

  1. 1. はじめに
  2. 2. 従来の結合インダクタ構造の問題点
  3. 3. 結合度が上昇しない原因調査
    1. 3-1 電磁界シミュレータによる調査
    2. 3-2 フリンジング磁束と結合度飽和の理論的解析
    3. 3-3 高い結合度を実現可能な磁気構造(提案方式)
  4. 4. 電磁気における特性解析
    1. 4-1 提案磁気構造の磁気回路モデル
    2. 4-2 直流磁束解析
    3. 4-3 交流磁束解析
    4. 4-4 インダクタリプル電流の解析
  5. 5. E-I-Eコア構造における各脚部断面積と磁束の関係
  6. 6. 提案コア構造における設計法
  7. 7. 実機動作確認
  8. 8. まとめ

第5章 小型化を実現可能な多相化コンバータの制御系設計法

  1. 1. はじめに
  2. 2. 制御系設計の必要性
  3. 3. マルチフェーズ方式トランスリンク昇圧チョッパの制御系設計
  4. 4. トランスリンク昇圧チョッパにおけるパワー回路部のモデリング
    1. 4-1 Modeの定義
    2. 4-2 Mode 1の状態方程式
    3. 4-3 Mode 2の状態方程式
    4. 4-4 Mode 3の状態方程式
    5. 4-5 状態平均化法の適用
    6. 4-6 周波数特性の整合性の確認
  5. 5. 制御対象の周波数特性導出と設計
  6. 6. 実機動作確認
    1. 6-1 定常動作確認
    2. 6-2 負荷変動応答確認
  7. 7. まとめ

第6章 多相化コンバータに対するディジタル設計手法

  1. 1. はじめに
  2. 2. トランスリンク方式におけるディジタル制御系設計
  3. 3. 双一次変換法によるディジタル再設計法
  4. 4. 実機動作確認
  5. 5. まとめ

第7章 パワーエレクトロニクス回路におけるダイオードのリカバリ現象に対する対策

  1. 1. はじめに
  2. 2. P-N接合ダイオードのリカバリ現象
    1. 2-1 P-N接合ダイオードの動作原理とリカバリ現象
    2. 2-2 リカバリ現象によって生じる逆方向電流の抑制手法
  3. 3. リカバリレス昇圧チョッパ
    1. 3-1 回路構成と動作原理
    2. 3-2 設計手法
    3. 3-3 動作原理

第8章 リカバリレス方式におけるサージ電圧とその対策

  1. 1. はじめに
  2. 2. サージ電圧の発生原理と対策技術
  3. 3. 放電型RCDスナバ回路
  4. 4. クランプ型スナバ

第9章 昇圧チョッパにおけるソフトスイッチング技術の導入

  1. 1. はじめに
  2. 2. 部分共振形ソフトスイッチング方式
    1. 2-1 パッシブ補助共振ロスレススナバアシスト方式
    2. 2-2 アクティブ放電ロスレススナバアシスト方式
  3. 3. 共振形ソフトスイッチング方式
    1. 3-1 共振スイッチ方式
    2. 3-2 ソフトスイッチング方式の比較
  4. 4. ハイブリッドソフトスイッチング方式
    1. 4-1 回路構成と動作
    2. 4-2 実験評価
  5. 5. まとめ

【参考文献】

  • 赤木他:「ACサーボモータとマイコン制御」、総合電子出版、pp.49-67
  • R.G.Hoft原著、河村他訳:「基礎パワーエレクトロニクス」、コロナ社、pp.10-11 (1988年)
  • TDK株式会社 (http://www.tdk.co.jp/)
  • 仲村、田口、小笠:「リアクトルの電磁結合活用による電流リプル振幅と自己インダクタンスの低減」、電気学会産業応用論文誌D、pp.736-746 (2012年)
  • 今岡、川島、山本、足助、照井、高野:「相互結合インダクタを用いたマルチフェーズ方式昇圧チョッパ回路の設計についての検討」、平成22年度電気学会産業応用部門大会、Vol.1、pp.201-204(2010年8月)
  • 山田直平他:「チョッパ制御ハンドブック」、電気学会 (1976年)
  • 山村昌、大野栄一他:「パワーエレクトロニクス入門」、オーム社(1984年)
  • 川島崇宏、舩曳繁之、山本真義、足助英樹、照井洋光、高野秀治、金澤正喜:「マルチフェーズ方式トランスリンク形昇圧チョッパ回路の出力平滑キャパシタ特性評価」、平成21年度電気学会産業応用部門大会、Vol.1、No.1-23、pp.257-260 (2009年)
  • 中村祐太、川島崇宏、山本真義:「マルチフェーズ方式トランスリンク形昇圧チョッパ回路の出力キャパシタ特性解析と実証的評価」、電気学会電子デバイス/半導体電力変換合同研究会資料、EDD-11-62/SPC-11-154、pp.69-74(2011年)
  • P. Wong, P. Xu, B. Yang and F. C. Lee : “Performance Improvements of Interleaving VRMs with Coupling Inductors”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.16, No.4, pp.499-507 (2001)
  • L. Yan and B. Lehman : “An Integrated Magnetic Isolated Two-Inductor Boost Converter: Analysis, Design and Experimentation”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.20, No.2, pp.332-342 (2005)
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  • 原康夫:「電磁気学 (Ⅱ)」、裳華房 (2001年)
  • 中村祐太、山本真義:「マルチフェーズ方式トランスリンク形昇圧チョッパ回路制御系における最適化設計手法」、電気学会部門誌D分冊、Vol.132、No.1、pp.121-122 (2012年)
  • 長谷川一徳、清水敏久:「結合インダクタ方式チョッパの直流偏磁の解析」、平成19年電気学会全国大会、p.99 (2007年)
  • 3M. L. Bolloch, M. Cousineau, T. Meynard : “Current-sharing control technique for interleaving VRMs using intercell transformers”, IEEE European Conference on Power Electronics and Applications(EPE2009), pp.1-10 (2009)
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  • 原田耕介、二宮保、顧文建:「スイッチングコンバータの基礎」、コロナ社 (1992年)
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  • 中村祐太、山本真義:「マルチフェーズ方式トランスリンク形昇圧チョッパ回路制御系における最適化設計手法」、電気学会部門誌D分冊、Vol.132、No.1、pp.121-122 (2012年)
  • 石倉祐樹、山本真義、堀井浩幸:「トランスリンク方式単相インターリーブPFCコンバータ」、平成22年度電気学会産業応用部門大会、Vol.1、pp.427-430 (2010年8月)
  • 原田耕介、二宮保、顧文建:「スイッチングコンバータの基礎」、コロナ社 (1992年)
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  • 中村祐太、山本真義:「マルチフェーズ方式トランスリンク形昇圧チョッパ回路制御系における最適化設計手法」、電気学会部門誌D分冊、Vol.132、No.1、pp.121-122 (2012年)
  • 岸野正剛:「半導体デバイスの物理」、丸善株式会社 (1995年)
  • 川島崇宏、舩曳繁之、山本真義、鶴谷守、落合政司:「電気自動車用昇圧コンバータのリカバリレス化」、パワーエレクトロニクス学会誌、Vol.33、pp.107-114 (2008年)
  • 原田耕介、二宮保、顧文建:「スイッチングコンバータの基礎」、コロナ社 (1992年)
  • 近藤正示、片山秀樹:「補助共振転流ポール形インバータの中性点電位変動とその抑制制御法」、電気学会論文誌D、115巻4号、pp.373-378 (1995年)
  • 中村萬太郎、苗井健、石飛学、中岡睦雄:「パッシブ補助共振スナバ付ソフトスイッチング PWM 昇圧チョッパ形 DC-DC コンバータと性能評価」、電気学会論文誌D、122巻10号、pp.1006-1016 (2002年)
  • 弦田幸憲、伊藤嘉啓、河村篤男:「SAZZチョッパの改良のための動作実験速報」、平成17年電気学会産業応用部門大会講演論文集、Vol.1、pp.225-228 (2005年)
  • 弦田幸憲、河村篤男:「電気自動車用98.5%高効率チョッパ回路QRASの提案と実証実験」、電気学会論文誌D、125巻11号、pp.977-987 (2005年)
  • 三島智和、三宅修治、中岡睦雄:「改良型ZCS-PWM昇圧DC-DCコンバータの実証評価と拡張回路トポロジー」、電気学会論文誌D、130巻9号、pp.1115-1116 (2010年)

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