技術セミナー・研修・出版・書籍・通信教育・eラーニング・講師派遣の テックセミナー ジェーピー

ディジタルコンバータの回路と制御設計の基礎

ディジタル電源設計入門

ディジタルコンバータの回路と制御設計の基礎

目次

第1章 スイッチング電源の基礎

  • 1.1 はじめに
  • 1.2 降圧コンバータ回路
  • 1.3 降圧コンバータの基本動作
  • 1.4 降圧コンバータの制御
  • 1.5 降圧コンバータの回路部品の役割
    • 1.5.1 入力コンデンサCi
    • 1.5.2 トランジスタQ
    • 1.5.3 ダイオードD
    • 1.5.4 チョークコイルL
    • 1.5.5 出力コンデンサCo
  • 1.6 コンバータ回路における特性の注意点
    • 1.6.1 トランジスタの動作時間遅れ
    • 1.6.2 ダイオードのリバース・リカバリ電流
  • 1.7 本書で使用する回路記号
  • 1.8 回路解析のポイント
  • 1.9 第1章のまとめ

第2章 ディジタル電源とは

  • 2.1 はじめに
  • 2.2 本書におけるディジタル電源の範囲
  • 2.3 アナログ電源とディジタル電源の相違
    • 2.3.1 アナログ電源とディジタル電源におけるパワー回路の相違
    • 2.3.2 アナログ電源とディジタル電源における制御回路の相違
    • 2.3.3 アナログ演算回路とディジタル演算の相違
    • 2.3.4 アナログ電源とディジタル電源における制御方式の比較
    • 2.3.5 アナログ制御とディジタル制御の違いを整理する
  • 2.4 アナログ制御とディジタル制御の違いを実験で確かめる
    • 2.4.1 比較実験のパワー回路
    • 2.4.2 ディジタル制御回路
    • 2.4.3 アナログ制御回路
    • 2.4.4 入力電圧変動に対する応答特性実験
    • 2.4.5 負荷変動に対する応答特性試験
    • 2.4.6 アナログ制御とディジタル制御の比較実験のまとめ
  • 2.5 ディジタル化のメリットとデメリット
    • 2.5.1 ディジタル電源のメリット
    • 2.5.1.1 マイコンを使用することによるメリット
    • 2.5.1.2 ソフトウエア制御にすることによるメリット
    • 2.5.1.3 生産性に関するメリット
    • 2.5.2 ディジタル電源のデメリット
    • 2.5.2.1 回路的なデメリット
    • 2.5.2.2 ソフトウエア制御に対するデメリット
  • 2.6 まとめ

第3章 ディジタル電源に要求されるマイコン性能

  • 3.1 はじめに
  • 3.2 ディジタル電源に必要なマイコンの周辺機能
    • 3.2.1 マイコンの基本構造
    • 3.2.2 AD変換器の機能と性能
    • 3.2.3 PWMの機能と性能
    • 3.2.4 アナログ・コンパレータ
  • 3.4 各種直流電源回路とPWMパルスの関係
    • 3.4.1 最も基本となる非絶縁型降圧・昇圧コンバータ
    • 3.4.1.1 トランジスタとダイオードを使用した降圧・昇圧コンバータ
    • 3.4.1.2 MOSFETを2個使用した同期整流型降圧・昇圧コンバータ回路
    • 3.4.2 マルチフェーズ多重コンバータ
    • 3.4.3 位相シフトフルブリッジコンバータ
    • 3.4.4 ハーフブリッジコンバータとプッシュプルコンバータ
    • 3.4.4.1 ハーフブリッジコンバータ
    • 3.4.4.2 プッシュプルコンバータ
  • 3.5 各種交流電源回路とPWMパルスの関係
    • 3.5.1 PFC回路
    • 3.5.1.1 1石式PFC回路
    • 3.5.1.2 2石式PFC
    • 3.5.2 DC-ACインバータ回路
  • 3.6 スイッチング電源に使用できる代表的なマイコン
    • 3.6.1 マイクロチップのdsPICマイコン
    • 3.6.2 TI社のPiccoloマイコン
    • 3.6.3 ルネサス・エレクトロニクスのRXマイコン
  • 3.7 まとめ

第4章 降圧コンバータの回路設計法

  • 4.1 はじめに
  • 4.2 降圧コンバータの解析
    • 4.2.1 降圧コンバータ回路
    • 4.2.2 降圧コンバータの回路方程式
    • 4.2.3 降圧コンバータの各部の電圧と電流
    • 4.2.4 降圧コンバータにおける入力電圧と出力電圧と時比率の関係
    • 4.2.5 チョークコイルのインダクタンスとリプル電流の算出
  • 4.3 降圧コンバータ各部の電流
    • 4.3.1 出力コンデンサの電流
    • 4.3.2 チョークコイル電流とトランジスタ電流とダイオード電流
    • 4.3.3 入力コンデンサを流れる電流
  • 4.4 各部の実効電流の算出
    • 4.4.1 出力コンデンサのリプル電流
    • 4.4.2 チョークコイルの実効電流
    • 4.4.3 トランジスタの実効電流
    • 4.4.4 ダイオードの実効電流
    • 4.4.5 入力コンデンサのリプル電流
  • 4.5 出力コンデンサのリプル電圧
    • 4.5.1 内部インピーダンスによるリプル電圧
    • 4.5.2 出力コンデンサの充放電電流によるリプル電圧の算出
    • 4.5.3 コンデンサの種類とリプル電圧の関係
  • 4.6 トランジスタとダイオードの最大印可電圧とピーク電流
  • 4.7 設計式のまとめ
  • 4.8 まとめ

第5章 昇圧コンバータの回路設計法

  • 5.1 はじめに
  • 5.2 昇圧コンバータと降圧コンバータの関係
    • 5.2.1 昇圧コンバータの回路
    • 5.2.2 昇圧コンバータと降圧コンバータの回路比較
  • 5.3 昇圧コンバータの解析
    • 5.3.1 昇圧コンバータの回路方程式
    • 5.3.2 昇圧コンバータの各部の電圧・電流
    • 5.3.3 昇圧コンバータにおける入力電圧と出力電圧と時比率の関係
    • 5.3.4 チョークコイルのインダクタンスとリプル電流の関係
  • 5.4 昇圧コンバータ各部の電流
    • 5.4.1 入力コンデンサの電流
    • 5.4.2 チョークコイル電流とトランジスタ電流とダイオード電流
    • 5.4.3 出力コンデンサの電流
  • 5.5 各部の実効電流
    • 5.5.1 入力コンデンサのリプル電流
    • 5.5.2 チョークコイルの実効電流
    • 5.5.3 トランジスタの実効電流
    • 5.5.4 ダイオードの実効電流
    • 5.5.5 出力コンデンサのリプル電流
  • 5.6 出力コンデンサのリプル電圧
    • 5.6.1 内部インピーダンスによるリプル電圧
    • 5.6.2 コンデンサの充放電によるリプル電圧
  • 5.7 トランジスタとダイオードの最大印可電圧とピーク電流
  • 5.8 昇圧コンバータの設計式のまとめ
  • 5.9 昇圧コンバータと降圧コンバータの設計式の比較
  • 5.10 まとめ

第6章 コンバータ回路の具体的な設計手法と変換効率計算

  • 6.1 はじめに
  • 6.2 コンバータの設計手順
    • 6.2.1 降圧コンバータの設計手順
    • 6.2.2 昇圧コンバータの設計手順
    • 6.2.3 部品の定格の決定
    • 6.2.4 使用部品の選定方法
    • 6.2.4.1 半導体
    • 6.2.4.2 コンデンサ
    • 6.2.4.3 チョークコイル
  • 6.3 コンバータの電力損失計算による設計検証
    • 6.3.1 トランジスタの電力損失
    • 6.3.1.1 トランジスタのターンON損失
    • 6.3.1.2 トランジスタのON損失
    • 6.3.1.3 トランジスタのターンOFF損失
    • 6.3.2 ダイオードの損失
    • 6.3.3 チョークコイルの損失
    • 6.3.3.1 チョークコイルのコア損失
    • 6.3.3.2 巻線損失
    • 6.3.4 電源全体の損失と変換効率
  • 6.4 まとめ

第7章 マイコンとパワー回路との接続回路の設計法

  • 7.1 はじめに
  • 7.2 補助電源回路
  • 7.3 トランジスタの駆動回路
    • 7.3.1 駆動回路実装の注意点
    • 7.3.2 専用駆動IC
    • 7.3.3 ホトカプラ
    • 7.3.4 絶縁された専用駆動IC
    • 7.3.5 安価なディスクリートトランジスタを使用した駆動回路
    • 7.3.6 ゲート駆動抵抗
  • 7.4 検出回路
    • 7.4.1 電圧検出回路
    • 7.4.1.1 非絶縁型電圧検出回路
    • 7.4.1.2 絶縁型電圧検出回路
    • 7.4.2 電流検出回路
    • 7.4.2.1 抵抗を用いた電流検出
    • 7.4.2.2 電流センサを使用した電流検出
  • 7.5 まとめ

第8章 電源に特化したフィードバッグ制御理論

  • 8.1 はじめに
  • 8.2 フィードバッグ制御理論
    • 8.2.1 フィードバック制御の考え方
    • 8.2.2 フィードバック制御理論
    • 8.2.3 コントローラの伝達関数の検討
    • 8.2.3.1 アナログ演算回路の伝達関数の求め方
    • 8.2.3.2 PI演算回路
    • 8.2.3.3 PID演算回路
  • 8.3 閉ループ伝達関数
    • 8.3.1 演算回路の伝達関数とボード線図
    • 8.3.1.1 PI演算回路の伝達関数
    • 8.3.1.2 PID演算回路の伝達関数
    • 8.3.2 PWMの伝達関数
    • 8.3.3 降圧コンバータの伝達関数
    • 8.3.3.1 時比率対出力の関係
    • 8.3.3.2 入力電圧対出力電圧の伝達関数
    • 8.3.3.3 入力電圧対チョークコイル電流の伝達関数
    • 8.3.3.4 出力電圧と出力電流制御の閉ループ
  • 8.4 アナログ演算とディジタル演算
    • 8.4.1 実際に使われるアナログ演算回路
    • 8.4.2 アナログ演算の解析とディジタル演算
    • 8.4.2.1 定電圧制御回路
    • 8.4.2.2 定電流演算回路
    • 8.4.2.3 ディジタル演算

第9章 ディジタル化の手法

  • 9.1 はじめに
  • 9.2 ディジタル化の手順
  • 9.3 各種演算回路の伝達関数の導出とボード線図の作成
    • 9.3.1 PI変形演算回路の伝達関数の導出とボード線図の作成
    • 9.3.1.1 PI変形演算回路の伝達関数の導出
    • 9.3.1.2 ボード線図の作成
    • 9.3.2 PID変形演算回路1の伝達関数の導出とボード線図の作成
    • 9.3.2.1 PID変形演算回路1の伝達関数の導出
    • 9.3.2.2 PID変形演算回路1のボード線図の作成
    • 9.3.3 PID変形演算回路2の伝達関数の導出とボード線図の作成
    • 9.3.3.1 PID変形演算回路2の伝達関数の導出
    • 9.3.3.2 PID変形演算回路2のボード線図の作成
    • 9.3.4 演算回路と伝達関数の関係の整理
    • 9.3.5 アナログ伝達関数からボード線図を作成のための手計算方法
  • 9.4 離散化伝達関数の導出
    • 9.4.1 離散化伝達関数への変換方法
    • 9.4.2 純粋なPI演算の離散化
    • 9.4.3 PI変形演算回路1の伝達関数の離散化
    • 9.4.4 純粋なPID演算の離散化
    • 9.4.5 PID変形演算回路1の離散化
    • 9.4.6 PID変形演算回路2の離散化
    • 9.4.7 ディジタル伝達関数からボード線図を作成するための手計算法
  • 9.5 差分方程式の導出
    • 9.5.1 PI演算の差分方程式の導出
    • 9.5.2 PID演算の差分方程式
    • 9.5.3 他のディジタル演算の差分方程式の導出
  • 9.6 差分方程式の演算プログラム化
    • 9.6.1 演算プログラムの作成の注意点
    • 9.6.2 プログラムフローチャート
  • 9.7 まとめ

第10章 安定化ディジタルコントローラの設計法

  • 10.1 はじめに
  • 10.2 マイコンの内部動作を含めたフィードバック制御
    • 10.2.1 フィードバック制御
    • 10.2.2 マイコン内部の機能の式化
  • 10.3 一巡伝達関数による安定化の検討
    • 10.3.1 一巡伝達関数
    • 10.3.2 一巡伝達関数による安定・不安定判別
    • 10.3.3 パワー回路の特性が安定性に及ぼす影響
    • 10.3.4 制御器とパワー回路の関係
    • 10.3.4.1 パワー回路の内部インピーダンスと出力コンデンサのESRの値が共に大きいときの安定性
    • 10.3.4.2 パワー回路の内部インピーダンスが大きく出力コンデンサのESRが小さいときの安定性
    • 10.3.4.3 パワー回路の内部インピーダンスと出力コンデンサのESRの値が共に小さいときの安定性
    • 10.3.4.4 パワー回路の内部インピーダンスと出力コンデンサのESRの値が小さいときに適用可能な制御器
  • 10.4 負荷急変に対する過渡変動の改善
  • 10.5 簡易的なボード線図の作成
    • 10.5.1 制御器の骨格ボード線図の作成
    • 10.5.1.1 PI演算のボード線図
    • 10.5.1.2 PI演算1のボード線図
    • 10.5.1.3 PID演算の骨格ボード線図
    • 10.5.1.4 PID演算1の骨格ボード線図
    • 10.5.1.5 PID演算2の骨格ボード線図
    • 10.5.2 パワー回路のボード線図
  • 10.6 骨格ボード線図を使用した安定化制御器の設計
  • 10.7 まとめ

第11章 ディジタル電源固有な問題と対処法

  • 11.1 はじめに
  • 11.2 ノイズに起因する問題と対処法
  • 11.3 リプル電圧・リプル電流の問題と対処法
    • 11.3.1 リプル電圧の問題と対処法
    • 11.3.2 リプル電流の問題と対処法
  • 11.4 制御遅れの対処法
  • 11.5 定電流の安定性が改善できる回路と制御法の例
    • 11.5.1 定電流の安定性が改善できる回路例

第12章 ディジタル電源の設計事例

執筆者

田本 貞治

パワエレ技術研究所

所長

出版社

お支払い方法、返品の可否は、必ず注文前にご確認をお願いいたします。

お問い合わせ

本出版物に関するお問い合わせは tech-seminar.jpのお問い合わせからお願いいたします。
(出版社への直接のお問い合わせはご遠慮くださいませ。)

体裁・ページ数

B5判 並製本 200ページ

発行年月

2013年10月

販売元

tech-seminar.jp

価格

49,800円 (税別) / 54,780円 (税込)

これから開催される関連セミナー

開始日時 会場 開催方法
2021/10/26 自動車用パワーエレクトロニクスの基礎と技術動向 オンライン
2021/11/5 基礎パワエレ回路の速習法 オンライン
2021/11/9 DC/DCコンバータの徹底理解講座 (LLCコンバータ) オンライン
2021/11/11 つくりながら学ぶDC-DCコンバータ 神奈川県 会場
2021/11/16 パワーエレクトロニクス入門 オンライン
2021/11/18 ダイヤモンド大口径ウエハとパワー半導体デバイスの研究開発の最近の進展 オンライン
2021/11/22 5G・次世代自動車に対応するSiC/GaNパワーデバイスの技術動向と課題 オンライン
2021/11/25 DC/DCコンバータの徹底理解講座 (DABコンバータ) オンライン
2021/11/25 パワーデバイスのパッケージング技術と放熱関連材料による発熱対策 オンライン
2021/11/30 熱対策技術 冷却の基礎とパワーエレクトロニクス製品事例 オンライン
2021/12/9 EV/PHVのPCU (パワーコントロールユニット) と自動車用パワーエレクトロニクス技術動向 オンライン
2021/12/14 演習によるDC/DCコンバータレベルアップ講座 オンライン
2021/12/15 パワーデバイス 半導体物性・デバイス特性・回路応用をつなげて学ぶ オンライン
2021/12/16 ノイズ対策技術 パワエレノイズの原因と対策 オンライン
2021/12/17 基礎パワエレ制御の速習法 オンライン
2021/12/21 インバータ (初級) オンライン
2022/1/14 DC/DCコンバータの徹底理解講座 (フォワード型) オンライン
2022/1/18 インバータ (中級) 大学では教わらないインバータの実務技術 オンライン
2022/1/20 導入講座 DC/DCコンバータの基礎 オンライン
2022/1/21 つくりながら学ぶDCモータ 神奈川県 会場