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設計技術シリーズ

パワーエレクトロニクスにおけるコンバーターの基礎と設計法
-小型化・高効率化の実現-

著者: 鵜野 将年氏(茨城大学)
価格: 3,200円(本体)+税
判型: A5
ページ数: 216 ページ
ISBN: 978-4-904774- 83-0
発売日: 2020/6/27

【著者紹介】

【目次】

1.緒言

  1. 1.1. パワーエレクトロニクスを取り巻く環境
  2. 1.2. 直流電力変換器の小型化へのアプローチ
  3. 1.3. 本書の構成

2.非絶縁形DC-DCコンバーター(チョッパ回路)

  1. 2.1. チョッパ回路
    1. 2.1.1. 回路構成
    2. 2.1.2. 各回路の関係性
    3. 2.1.3. 降圧チョッパの簡易動作解析
      1. 2.1.3.1. 動作モード
      2. 2.1.3.2. 入出力電圧変換特性
      3. 2.1.3.3. リプル電流と平滑コンデンサ
    4. 2.1.4. 電流連続モードと電流不連続モード
    5. 2.1.5. 同期整流モード
  2. 2.2. インダクタを2つ用いたチョッパ回路
    1. 2.2.1. 回路構成
    2. 2.2.2. 特徴
    3. 2.2.3. SEPICの簡易動作解析
    4. 2.2.4. Superbuckコンバーターの簡易動作解析
  3. 2.3. Hブリッジを用いた昇降圧チョッパ回路
    1. 2.3.1. 回路構成と特徴
    2. 2.3.2. 動作解析(同期駆動とインタリーブ駆動)
    3. 2.3.3. インダクタのリプル電流

3.絶縁形DC-DCコンバーター

  1. 3.1. フライバックコンバーター
    1. 3.1.1. 回路構成
    2. 3.1.2. 動作解析
    3. 3.1.3. スナバ回路を含めた動作解析
  2. 3.2. フォワードコンバーター
    1. 3.2.1. 回路構成
    2. 3.2.2. 動作解析
  3. 3.3. チョッパ回路を基礎とした他の絶縁形DC-DCコンバーター
  4. 3.4. ブリッジ回路を用いた絶縁形DC-DCコンバーター
  5. 3.5. ハーフブリッジセンタータップコンバーター
    1. 3.5.1. 回路構成
    2. 3.5.2. 動作解析
  6. 3.6. 非対称ハーフブリッジコンバーター
    1. 3.6.1. 回路構成
    2. 3.6.2. 動作解析
    3. 3.6.3. トランスの直流偏磁
  7. 3.7. Dual Active Bridge(DAB)コンバーター
    1. 3.7.1. 回路構成
    2. 3.7.2. 動作解析
    3. 3.7.3. 零電圧スイッチング(ZVS)領域

4.コンバーターにおける各種の損失

  1. 4.1. 電流の2乗に比例する損失(ジュール損失)
    1. 4.1.1. MOSFETのオン抵抗
    2. 4.1.2. コンデンサの等価値列抵抗
    3. 4.1.3. トランスやインダクタにおける銅損
  2. 4.2. 電流に比例する損失
    1. 4.2.1. IGBTにおける導通損失
    2. 4.2.2. ダイオードの順方向降下電圧による導通損失
    3. 4.2.3. スイッチング損失
    4. 4.2.4. ZVSによるスイッチング損失低減
  3. 4.3. 電流に無依存の損失(固定損失)
    1. 4.3.1. MOSFETの入力容量と出力容量
    2. 4.3.2. ダイオードの逆回復損失
    3. 4.3.3. トランスの鉄損
  4. 4.4. 電力変換回路の最高効率点

5.コンバーターの小型化へのアプローチとその課題

  1. 5.1. 小型化へのアプローチ
  2. 5.2. 高周波化による受動素子の小型化とその課題
    1. 5.2.1. 受動素子の充放電エネルギー量
    2. 5.2.2. 高周波化に伴う損失増加
    3. 5.2.3. ソフトスイッチングによるスイッチング損失の低減
    4. 5.2.4. ワイドギャップ半導体デバイスによる高周波化と損失低減
  3. 5.3. 高エネルギー密度の受動素子採用による小型化
    1. 5.3.1. インダクタとコンデンサのエネルギー密度
    2. 5.3.2. コンデンサを用いた電力変換
  4. 5.4. 高効率化や高温度耐性部品の採用による廃熱系バイスの小型化
  5. 5.5. スイッチや受動部品の統合による部品点数の削減
    1. 5.5.1. コンバーター単体レベルでの磁性素子の統合
    2. 5.5.2. システムレベルでの統合

6.共振形コンバーター

  1. 6.1. 概要
    1. 6.1.1. 共振形コンバーターの構成と特徴
    2. 6.1.2. 共振形コンバーターの種類と特徴
  2. 6.2. 直列共振形コンバーター
    1. 6.2.1. 回路構成
    2. 6.2.2. 共振周波数とスイッチング周波数の関係
    3. 6.2.3. 動作モード(ƒs > ƒr
    4. 6.2.4. 基本波近似による解析
    5. 6.2.5. 動作モード(ƒs < ƒr
  3. 6.3. LLC共振形コンバーター
    1. 6.3.1. 回路構成
    2. 6.3.2. 共振周波数とスイッチング周波数の関係
    3. 6.3.3. 動作モード(ƒr0 > ƒs > ƒrp
    4. 6.3.4. 動作モード(ƒs > ƒr0
    5. 6.3.5. 基本波近似による解析
    6. 6.3.6. ZVS条件

7.スイッチトキャパシタコンバーター

  1. 7.1. 概要
  2. 7.2. SCCの代表的な回路構成
  3. 7.3. 基本回路の解析
    1. 7.3.1. 簡易モデル
    2. 7.3.2. 詳細モデル
  4. 7.4. SCC回路の解析
    1. 7.4.1. ラダーSCC
      1. 7.4.1.1. 特徴
      2. 7.4.1.2. 動作概要
      3. 7.4.1.3. 電荷移動解析
    2. 7.4.2. 直列/並列SCC
      1. 7.4.2.1. 特徴
      2. 7.4.2.2. 動作概要
    3. 7.4.3. フィボナッチSCC
      1. 7.4.3.1. 特徴
      2. 7.4.3.2. 動作概要

8.スイッチトキャパシタコンバーターの応用回路

  1. 8.1. ハイブリッドSCC
    1. 8.1.1. 回路構成と特徴
    2. 8.1.2. ハイブリッドラダーSCCの動作
    3. 8.1.3. 電荷移動解析
    4. 8.1.4. インダクタのサイズ
    5. 8.1.5. ハイブリッドラダーSCCの拡張回路
  2. 8.2. 位相シフトSCC
    1. 8.2.1. 回路構成と特徴
    2. 8.2.2. 動作モード
    3. 8.2.3. 出力特性
    4. 8.2.4. 位相シフトSCCの拡張回路
  3. 8.3. 共振形SCC
    1. 8.3.1. 回路構成と特徴
    2. 8.3.2. 動作モード
    3. 8.3.3. ゲイン特性
    4. 8.3.4. 共振形SCCの拡張回路

9.コンデンサにより小型化を達成するコンバーター

  1. 9.1. Luoコンバーター
    1. 9.1.1. 回路構成と特徴
    2. 9.1.2. 動作モード
    3. 9.1.3. インダクタサイズの比較
  2. 9.2. フライングキャパシタを用いた降圧チョッパ
    1. 9.2.1 回路構成と特徴
    2. 9.2.2 動作モード
    3. 9.2.3 インダクタサイズの比較
  3. 9.3. フライングキャパシタマルチレベルDC-DCコンバーター
    1. 9.3.1. 回路構成と特徴
    2. 9.3.2. 動作モード
    3. 9.3.3. インダクタサイズの比較

【参考文献】

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