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エンジニアの悩みを解決 パワーエレクトロニクス 高木 茂行(著/文 | 編集) - コロナ社
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エンジニアの悩みを解決 パワーエレクトロニクス パワーデバイスを使いこなす設計・計測・自動車への展開

発行:コロナ社
A5判
縦210mm 横148mm
304ページ
定価 4,300円+税
ISBN
9784339009330
Cコード
C3054
専門 単行本 電気
出版社在庫情報
不明
初版年月日
2020年7月15日
書店発売日
登録日
2020年5月21日
最終更新日
2020年6月22日
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紹介

【本書の目的】
 パワーエレクトロニクスに関わっている研究者・技術者の方から、パワーデバイス、電気自動車、計測技術について学びたいという声をよく聞きます。本書は、この3項目を取り上げ、研究者や技術者の疑問を解決するのが目的です。

【読者対象】
2章~6章のパワーデバイスは、パワーエレクトロニクスの初学者はもちろん、パワーエレクトロニクスに携わっている技術者、研究者も幅広く活用できるよう構成しました。7、8章の電気自動車と9、10章の計測技術は、すでにパワーエレクトロにするに携わっている技術者、研究者を対象としています。

【本書の特徴】
 パワーデバイス、電気自動車、計測技術の理解を深めるため、次の特徴を持って書いています。。
◎パワーデバイスを使いこなすための半導体物性と適用のノウハウを記載
パワーデバイスを使いこなすためには、半導体物性という物理現象と安定的に動作させるノウハウが必要です。2章で、デバイス理解に必要とされる項目と数式を抽出し、半導体物性について分かりやすく説明しました。3~5章で、こうした物理現象とデバイス特性との関係を説明、6章でゲート回路、デバイス選択など使いこなしノウハウを紹介しました。
◎実際のハイブリッドカーに搭載されたパワーコントロールユニットの解体調査
 電気自動車の心臓部となるパワーユニットについて、2代目プリウムを解体し、そのパワーコントロールユニットの構造、動作特性について、写真と図を交えながら詳しく説明しています。
◎電気自動車に使われる受動素子の設計方法
 電気自動車で使用するコンデンサ、インダクタ、抵抗について、その原理、種類と特徴、設計方法、設計ノウハウについて、数式と具体例を挙げて解説しています。
◎パワエレで必要とされる具体的な測定例を紹介
 個人的なスキルに依存しているパワーエレクトロニクスの測定技術について、計測メーカの現役エンジニアが、測定の基礎とノウハウについて、体系的に解説しています。また、具体的な測定事例として、モータ駆動用インバータ、ワイドバンド半導体GaN、磁性材材料の特性、実際の車のPCU特性、を取り上げています。

【著者からのメッセージ】
 物事を理解するためは、現物や実際の現象を経験するのが一番です。そこで、本書では、必要に応じて、「実際の〇〇を測ってみると・・・」「実際の〇〇を調べてみると・・・」の項目を設けています。ダイオード、GaNデバイス、MOSFET、IGBTの動作波形を掲載しています。また、市販されているハイブリッドカーのインバータと双方向チョッパの測定方法、測定波形と紹介しています。このテキストを読んで、エンジニア・研究者の皆さんが、これまでの悩みや疑問を解決できる一助となることを期待しています。

目次

1.サステイナブル社会を実現するパワーエレクトロニクス
1.1 大きな社会問題:地球温暖化
1.2 サステイナブル社会に向けて~再生可能エネルギーと電気自動車~
 1.2.1 温暖化対策とサステイナブル社会に向けた政策
 1.2.2 再生可能エネルギーの導入
 1.2.3 電気自動車の普及
1.3 サステイナブル社会に向けたノルウェーの挑戦
1.4 再生可能エネルギーと電気自動車を支えるパワーエレクトロニクス

2.半導体物性が決めるパワーデバイスの特性
2.1 パワーエレクトロニクスとパワーデバイス
 2.1.1 パワーデバイスの分類と開発の流れ
 2.1.2 パワーデバイスの特徴と用途
2.2 パワーデバイスの理解に必要な基礎物性
 2.2.1 バンドギャップの正体とバンド図
 2.2.2 金属,半導体,絶縁物とフェルミレベル
 2.2.3 純粋なSiの真正半導体と混ぜ物が主役を果たすn型,p型
 2.2.4 電子密度の定量的扱い(半導体工学の鬼門)
 2.2.5 デバイスの動作速度も支配する移動度

3.パワーダイオードの耐圧とスイッチング速度
3.1 パワーダイオード
3.2 pn接合型ダイオード
 3.2.1 pn接合
 3.2.2 高耐圧を実現するpin構造
 3.2.3 リカバリー動作と高速リカバリーダイオード
3.3 もう一つのダイオード:ショットキーダイオード
3.4 実際の波形を測ってみると~pn接合型ダイオードとショットキーダイオード~

4.パワーデバイスで最も重要なMOSFET,IGBT
4.1 パワーMOSFET
 4.1.1 低出力用途の横型(プレーナ型)MOSFET
 4.1.2 高出力用途の縦型MOSFET
 4.1.3 実際の波形を測ってみると~縦型MOSFETの静特性・動特性~
4.2 IGBT
 4.2.1 構造と動作原理
 4.2.2 トランジスタ部分の特性
 4.2.3 IGBTの動作特性
 4.2.4 実際の波形を測ってみると~IGBTのスイッチング波形~

5.Siデバイスを超えるワイドバンドギャップ半導体
5.1 ワイドバンドギャップ半導体の特徴と用途
 5.1.1 特徴
 5.1.2 広がる応用用途
5.2 ワイドギャップ半導体の温度特性
5.3 ワイドギャップ半導体の耐圧・抵抗
 5.3.1 耐圧とON抵抗のトレードオフ関係
 5.3.2 バンドギャップは耐圧の要
 5.3.3 絶縁破壊電圧とON抵抗の定式化
5.4 実際の波形を測ってみると~GaNデバイスとSiデバイスの比較~

6.パワーデバイスと回路をつなぐエンジニアリング
6.1 パワーデバイスの動作点
 6.1.1 デバイス静特性と負荷線から求まるデバイスの動作点
 6.1.2 負荷線と動作点
6.2 パワーデバイスの損失
 6.2.1 電流で定義されるターンON,ターンOFF
 6.2.2 パワーデバイスの損失
6.3 パワーデバイスのゲート回路
 6.3.1 ゲート回路の絶縁
 6.3.2 ゲート駆動回路の電流と電力
 6.3.3 MOSFETとIGBTのゲート回路
6.4 パワーデバイスの選定・確認
 6.4.1 安全動作領域とディレーティング
 6.4.2 ディレーティングと信頼性を考慮した電圧・電流
6.5 パワーデバイスの発熱
 6.5.1 とにかく重要な接合部温度
 6.5.2 熱抵抗による接合部温度の見積り
 6.5.3 熱抵抗の求め方
6.6 ハイブリッドカーのパワーデバイスユニット

7.パワーエレクトロニクス技術のかたまり・電気自動車
7.1 電気自動車とは
 7.1.1 電気自動車の歴史と普及の背景
 7.1.2 電気自動車のメリットとデメリット
 7.1.3 エコカー(対応環境車)の種類
 7.1.4 電気自動車の実力は
7.2 ハイブリッド・電気自動車に使われているパワーエレクトロニクス技術
 7.2.1 PCUとは
 7.2.2 PCUの構成と回路
7.3 電気自動車におけるモータ制御
 7.3.1 力行と回生
 7.3.2 電気自動車用インバータの基本
 7.3.3 インバータの動作原理
 7.3.4 インバータで任意の電圧を出力する方法
 7.3.5 PWMのスィッチングパターン生成方法
 7.3.6 過変調動作と1パルス動作の利用
 7.3.7 デッドタイムの必要性
7.4 DC―DCコンバータ

8.電気自動車に使われる受動素子
8.1 コンデンサ
 8.1.1 コンデンサの基本原理(電気容量と誘電体特性)
 8.1.2 コンデンサのインピーダンス特性
 8.1.3 コンデンサの種類とその用途
 8.1.4 電気自動車用コンデンサを設計する
 8.1.5 電気自動車用インバータのフィルムコンデンサ
 8.1.6 実際の電気自動車用インバータのフィルムコンデンサを調べてみると
8.2 インダクタ
 8.2.1 インダクタの基本原理
 8.2.2 パワーエレクトロニクス回路に使用される磁性体コア
 8.2.3 電力変換回路上でのインダクタと高周波動作・サイズの関係
 8.2.4 磁気回路法を使って電気自動車用インダクタを設計する
8.3 抵抗
 8.3.1 抵抗の基本原理
 8.3.2 抵抗の用途と選定・使用上の注意点

9.パワーエレクトロニクス測定に利用する電圧・電流プローブ
9.1 パワーエレクトロニクスに必要とされる回路機能とプローブ
 9.1.1 パワーエレクトロニクスの機能
 9.1.2 パワーエレクトロニクスの測定に使われるプローブ
9.2 電圧プローブ
9.3 電流測定用センサ
 9.3.1 間接測定方式プローブの原理および特性
 9.3.2 間接検出の電流プローブ
 9.3.3 直接検出の電流プローブ

10.パワーエレクトロニクスの測定項目と測定事例
10.1 パワーエレクトロニクスに必要とされる回路機能と測定器
10.2 電圧・電流波形を測定する
 10.2.1 ディジタルオシロスコープ
 10.2.2 アイソレーションディジタイザ
10.3 電力(瞬時電力および平均電力)を測定する
 10.3.1 瞬時電力測定
 10.3.2 パワーアナライザ(平均電力測定)
10.4 デバイスのスイッチング特性を測定する
10.5 受動部品の特性を測定する
 10.5.1 周波数特性
 10.5.2 磁性体材料試験
10.6 実際の波形を測ってみると~高速パワーデバイスGaNのスイッチング~
10.7 実際の波形を測ってみると~ハイブリッド車のインバータと双方向チョッパ~

引用・参考文献
索引

上記内容は本書刊行時のものです。