2017年7月11日 (火)

位相シフトフルブリッジ方式の2次側整流ダイオードのサージ電圧抑制方法

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 位相シフトフルブリッジ方式DC/DCコンバータには2次側整流ダイオードに大きなサージ電圧が発生するという問題点があります。その対策にはサージ電圧の発生メカニズムの正確な理解が必要です。サージ電圧は位相シフトフルブリッジ方式の動作モードが環流モードから伝達モードに切り替わる時(遅れレグの転流動作時)に発生します。本技術メモではまず遅れレグ転流動作時の過渡時の動作モードを詳しく検討し、次にサージ電圧対策としてよく使われているクランプダイオードを挿入する方法の動作原理とその適用限界を説明します。
詳しい内容 → 「20170711-1.pdf」をダウンロード

 なお、2017/9/2開講予定の第6回 舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座「フルブリッジ方式DC/DCコンバータ◆◆基礎・応用・最新技術動向◆◆」では位相シフトフルブリッジ方式を詳しく説明します。「サージ電圧抑制方法」もさらに詳しく紹介します。定員まであと10名ほど余裕がありますので、興味のある方はお申し込み下さい。

2017年6月15日 (木)

位相シフトフルブリッジ方式軽負荷時の励磁電流の振る舞い

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 近年、位相シフトフルブリッジ方式DC/DCコンバータ(下図)は、軽負荷時や微少負荷時でも電力損失を抑制しなければならない用途に使われることが増えています。そのためには、軽負荷時や微少負荷時でもソフトスイッチングを実現する必要があります。軽負荷時にも遅れレグのソフトスイッチングを確保するために、励磁電流を利用することができます。本技術メモでは、軽負荷時における励磁電流の振る舞いとソフトスイッチング動作に与える影響を説明します。
詳しい内容 → 「20170615-1.pdf」をダウンロード

 なお、2017/9/2開講予定の第6回 舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座「フルブリッジ方式DC/DCコンバータ◆◆基礎・応用・最新技術動向◆◆」では位相シフトフルブリッジ方式を詳しく説明します。興味のある方はご参加下さい。

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2017年5月15日 (月)

第6回 舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座のご案内

フルブリッジ方式DC/DCコンバータ
---基礎・応用・最新技術動向---

日時:9月2日(土)14時~17時
場所:メルパルク京都(JR京都駅前)
詳しい内容と申し込み方法→ 「20170515-1.pdf」をダウンロード

【内容】 今回はフルブリッジ方式に的を絞り、基礎から応用まで、そして最新の技術動向を詳しく説明します。
【対象】 ①位相シフトフルブリッジ ②従来型フルブリッジ ③電流型フルブリッジ
3種類のフルブリッジ方式の動作原理と特性比較、および使い分け方法を説明します。
【課題】 遅れレグのソフトスイッチング改善、負荷変動時のソフトスイッチング改善、環流電流による損失の抑制、整流ダイオードのサージ電圧抑制、偏磁防止、電流型のサージ電圧抑制、効率向上、制御性向上、など。それぞれの課題に対して、昔から使われている対策方法と、最近報告された新しい対策方法を紹介します。

2017年5月 1日 (月)

位相シフトフルブリッジ方式の軽負荷時のソフトスイッチング方法

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 位相シフトフルブリッジ方式DC/DCコンバータ(下図)は進みレグと遅れレグの2つのレグでブリッジ回路を構成している。このうち遅れレグのソフトスイッチングは、変圧器の漏れインダクタンスに蓄積されたエネルギーを利用して実現されるので、このエネルギーが小さくなる軽負荷時はソフトスイッチングが困難となる。この場合、変圧器の漏れインダクタンスの代わりに励磁インダクタンスに蓄積されたエネルギーを用いてソフトスイッチングを実現することができる。しかしながら、軽負荷時は平滑リアクトルが電流不連続モードで動作することがあり、その場合は励磁インダクタンスに蓄積されるエネルギーが小さくなり、ソフトスイッチングが困難となる。本技術メモではそのような場合でもソフトスイッチングを実現できる方法を紹介する。

詳しい内容: 「20170501-1.pdf」をダウンロード
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2017年3月31日 (金)

昇圧型1石式境界モード制御高力率コンバータのソフトスイッチング

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 昇圧型1石式高力率コンバータ(昇圧チョッパ方式高力率コンバータ)は最も広く使用されている高力率コンバータであり、これまでに多数のソフトスイッチングの回路方式が提案されてきました。しかしながら、部品点数の増加や導通損失の増大といった問題点があり、実用化された回路方式はほとんどありません。一方、平地研究室技術メモNo.20160501では、部品点数を増やすことなくチョッパ回路のソフトスイッチングを可能とする回路方式を紹介しました。この回路方式を境界モード制御の昇圧型1石式高力率コンバータに適用すると(下図)、これまでに提案されてきた多数の回路方式の欠点であった部品点数の増加と導通損失の増大を招くことなくソフトスイッチングを実現できます。

詳しい内容: 「20170331-1.pdf」をダウンロード
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2017年3月28日 (火)

平地研究室技術メモ一覧表

平地研究室技術メモ一覧表: 「20170328-1.xls」をダウンロード

間違いの指摘やコメントなどありましたら連絡下さい。技術相談も歓迎しています。
平地のMailアドレス: hirachiアットmaizuru-ct.ac.jp (アットを@に変更下さい)
電話番号: 0773-62-5600(内線8960に接続依頼してください)

ホームページには新しい99件を表示しています。古い技術メモを見る時は該当するカテゴリーを選択下さい。最も古い技術メモまで表示されます。

2017年3月20日 (月)

第5回 舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座のご報告

 一昨日、予定通り第5回舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座を実施しました。今回も多数ご参加いただき、PFCコンバータ(高力率コンバータ)について基礎から応用まで詳しく説明させていただきました。有り難うございました。
今回の詳細内容: 「20170320-1.pdf」をダウンロード

次回は夏休みに実施します。詳細は5月の初めに案内します。

2017年1月18日 (水)

高力率コンバータの基本となる回路方式と制御方式

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 高力率コンバータ(PFCコンバータ)は1990年代に開発が始まり、非常に沢山の回路方式が提案されています。今なお多数の回路方式が研究されています。沢山の回路方式は昇圧型・昇降圧型・降圧型の3種類に分類されます。制御方式は連続モード・不連続モード・境界モードの3種類があります。今回の技術メモではこれら3種類の回路方式と制御方式の基本的な組み合わせと特徴を説明します。
 なお、3月18日開講予定の第5回舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座「PFCコンバータの基礎から応用まで」では、高力率コンバータの多数の回路方式を体系的に整理して紹介し、それぞれの用途に最適の回路が選択できるように説明します。この分野に興味のある方はご参加下さい。

詳しい内容: 「20170118-1.pdf」をダウンロード

2017年1月16日 (月)

昇降圧型高力率コンバータの入力電流とリアクトル電流

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 高力率コンバータは昇圧型、昇降圧型、降圧型の3種類がありますが、そのうち下図に示す昇降圧型はリアクトル電流不連続モードで使用すると、簡単な制御で入力電流を完全な正弦波に制御することができ、広く使用されています。この方式は平地研究室技術メモNo.20120626において紹介しており、動作原理と入力電流波形計算式などを説明しています。
 昇降圧型高力率コンバータはリアクトル電流境界モードでも動作させることができます。この場合は入力電流を完全な正弦波に制御することはできませんが、その替わり、リアクトル電流のピーク値を抑制することができ、リアクトルの小型化や効率の向上が期待できます。本技術メモでは、昇降圧型高力率コンバータにおいて、リアクトル電流不連続モードと境界モードの双方の場合について入力電流とリアクトル電流の計算式を導出します。さらに、その計算式を用いて波形を描画できる表計算ソフトのワークシートを提供します。
詳しい内容 → 「20170116-1.pdf」をダウンロード
波形描画用ワークシート → 「20170116-2.xls」をダウンロード
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2016年12月28日 (水)

PFCコンバータの高周波ノイズ等価回路

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 PFCコンバータ(高力率コンバータ)は(a)の昇圧チョッパ方式が標準的な回路方式となっており、広く普及しています。しかし、全波整流回路での電力損失が無視できないので、効率改善のために(b)のブリッジレス方式も使われるようになりました。一般に、ブリッジレス方式は昇圧チョッパ方式に比べて電力効率は高いものの、高周波ノイズは大きいと言われています。本技術メモでは両者の高周波ノイズ等価回路を検討し、両者のノイズ特性を比較します。
詳しい内容 → 「20161228-1.pdf」をダウンロード

 なお、2017/3/18開講予定の第5回舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座「PFCコンバータの基礎から応用まで」ではさらにいろんな回路方式の比較検討結果を報告の予定です。

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2016年12月 1日 (木)

第5回 舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座のご案内

1.PFCコンバータの基礎から応用まで
2.ソフトスイッチングの最新技術動向

日時:2017年3月18日(土)14時~17時
場所:メルパルク京都(JR京都駅前)
詳しい内容と申し込み方法 → 「20161201-1.pdf」をダウンロード

【内容】 PFCコンバータ(高力率コンバータ)は1990年代に広く研究され実用化されました。近年車載充電器とLEDドライバという新しい用途が出現し、再び注目されています。本公開講座では基礎から応用までを詳しく説明します。さらに最近の内外の研究開発動向を紹介します。
 ソフトスイッチングは相変わらず新しい回路方式、制御方式が多数発表されています。本公開講座では最近の内外の研究成果を紹介します。

2016年11月30日 (水)

電気回路の基本:三相交流の基礎

<読んでほしい人:電気系以外の高専生と大学生>
 高専や大学の電気系の学科でも最近は三相交流をあまり学習しない所もあるようです。しかしながら電力のほとんどは三相交流で発電、送電、配電されており、工場は三相交流で動いており、交流モータも三相交流で回転しています。したがってパワエレの世界でも三相交流は重要です。ここでは最低限知っておかねばならない三相交流の基礎を説明します。

詳しい内容 → 「20161130-1.pdf」をダウンロード

2016年11月29日 (火)

電気回路の基本:ベクトル図の描き方

<読んでほしい人:電気系以外の高専生と大学生>
 正弦波の電圧電流は大きさや位相をベクトルを使って視覚的に分かり易く描画することができ、パワエレの世界でも良く使います。パワエレの世界では電圧電流が非正弦波であることも多いですが、その場合も基本波成分に注目してベクトルを用いて解析することがあります。

詳しい内容 → 「20161129-1A.pdf」をダウンロード

2016年10月14日 (金)

舞鶴高専がパワエレ教員を募集(企業技術者を歓迎します)

募集は締め切らせていただきました。(2016/12/7)

 舞鶴工業高等専門学校 電気情報工学科がパワーエレクトロニクスを専門とする電気系教員を募集しています。募集要項はこちらです:教員の募集
以下に該当する方は是非応募を検討下さい。

1.修士(工学)の学位を有する方
博士の学位は無くともOKです。舞鶴高専に赴任後、博士学位を取得下さい。電気情報工学科が応援します。研究には平地研究室の実験設備を使用できます。技術サポートします。

2.高専の特徴を良く理解し、高専教育に熱意のある方
高専は大学とは異なる沢山の優れた特長があります。特に高専の技術者教育システムは高く評価されています。しかし、欠点もないとは言えません。高専の特徴を良く理解して応募下さい。ネットで検索するだけでもかなりの情報が得られます。
舞鶴高専電気情報工学科教員の業務内容についてはこちらを参照下さい: 「20161014-1.pdf」をダウンロード

3.実務経験の有る方を歓迎
大学に在籍する博士学位を持つ方も歓迎しますが、修士課程卒業後企業でパワエレ関係の実務を担当している方を歓迎します。会社の仕事もやりがいがあるが、元気な高専生と一緒に好きな研究に励みたい、という方は是非応募下さい。

問い合わせ先
  舞鶴高専電気情報工学科 学科長 竹澤智樹
  E-mail:takezawaアmaizuru-ct.ac.jp(アを@に変更下さい)
  TEL:0773-62-5600(内線:8965)
学校の見学も歓迎します。

2016年10月12日 (水)

2石フォワード型DC/DCコンバータの基本動作

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 2石フォワード型DC/DCコンバータ(下図)は同じフォワード型である1石フォワード型とおおむね同様の動作を行います。しかしながら「ソフトさ」においては1石フォワード型とは大きな差があり、2石フォワード型の方が格段に優れていることを平地研究室技術メモNo.20160131、「DC/DCコンバータの評価指標“ソフトさ”の提案」で説明しました。本技術メモでは2石フォワード型の基本動作を詳しく説明します。

詳しい内容 → 「20161012-1.pdf」をダウンロード
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2016年10月11日 (火)

降圧型高力率コンバータの新しい制御方式のご紹介

 技術メモNo. 20160701とNo.20160804で降圧型高力率コンバータの基本特性と基本動作を詳しく説明しました。不連続モードより境界モードの方がピーク電流が小さく損失を抑制できること、しかし境界モードでは軽負荷に対応できないことを説明しました。よって、負荷の重い時は境界モードとし、負荷の軽い時は不連続モードに切り替える方式が適切です。しかし、境界モードと不連続モードでは制御方式が大きく異なるため切り替え点で特性が不連続となり、動作周波数の急変や出力電圧の変動が発生します。
 そこで、境界モードと不連続モードを切れ目なくなめらかに移行できる新しい制御方式を開発し、パワーエレクトロニクス学会の研究会で発表しました。

パワーエレクトロニクス学会第215回定例研究会(2016/10/8)配布資料: 「20161011-1.pdf」をダウンロード

 この方法では2つのタイマを適切に使用することにより出力電圧の定電圧制御を行うだけで自動的に滑らかに動作モードが切り替わります。例えば負荷が徐々に増加した場合、切り替え点に近づくと位相90度付近がまず境界モードとなり、その範囲が徐々に広がり、やがて全範囲で境界モードとなります。

2016年9月 1日 (木)

フルブリッジ型DC/DCコンバータの偏磁防止用コンデンサの動作

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 フルブリッジ型DC/DCコンバータには偏磁が発生し易いという問題点があります。最も広く使用されている偏磁防止対策は下図のように1次巻線と直列に偏磁防止用コンデンサを挿入することです。今回の技術メモでは偏磁防止用コンデンサの動作を詳しく検討します。なお、偏磁に関する基本的な説明は技術メモNo.20111101 「DC/DCコンバータの偏磁現象の基本」を参照下さい。 

詳しい内容 → 「20160901-1.pdf」をダウンロード

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2016年8月21日 (日)

第4回舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座のご報告

 昨日予定通り第4回舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座を実施しました。多数ご参加いただき、沢山の質問やご意見もいただき、有り難うございました。今回は各回路の原理や特性の説明に加えて最近の内外の研究成果を多数紹介しましたが、数が多すぎて消化不良を感じた方も居られたようです。次回は改善します。
 
----今回の目次----
DC/DCコンバータの4つの回路方式について
① 電流型DDコンの基礎から応用まで
② 双方向DDコンの基礎から応用まで
③ LLC方式の最新の技術動向
④ 位相シフト方式フルブリッジ型の最新の技術動向
 
次回は春休みに実施します。詳細は12月の初めに案内します。

2016年8月 9日 (火)

降圧型高力率コンバータの基本特性

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
前回の技術メモ(No.20160701)では降圧型高力率コンバータに成立する式を導出し、入力電流とリアクトル電流の波形を表計算ソフトで描画させました。入力電流波形とリアクトル電流波形が分かれば、入力電流実効値、入力力率、出力電流、動作周波数なども容易に導出することができ、高力率コンバータの基本特性を理解することができます。

2016年8月 4日 (木)

PSIMcafeのご紹介

Mywayプラス(株)のブログ「PSIMcafe」で平地研究室技術メモで紹介された回路をPSIMでシミュレーションする取り組みが続けられており、これまでに9ヶの回路が解析されています。
平地研究室技術メモでは多数の理論波形を掲載していますが、シミュレーション波形は理論波形とほぼ同じ形になるものの微妙に相違点もあり、参考になります。

PSIMcafeのアドレス:https://www.myway.co.jp/psimcafe/
Mywayプラス(株):パワエレ製品の開発ツールや評価装置を販売しているパワエレ業界では有名な会社。
PSIM:パワエレ分野を得意とする回路シミュレータ。日本ではMywayプラス(株)が販売している。

なお、平地研究室技術メモでは回路シミュレーションは全て「SCAT」で実施していますが、複雑な制御や高度な解析が必要な場合はPSIMが便利です。

2016年7月 1日 (金)

降圧型高力率コンバータの基本動作

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 高力率コンバータには昇圧型、昇降圧型、降圧型の3種類の回路方式があります。昇圧型はいろんな分野で広く使用されており高力率コンバータの標準的な回路方式となっています。昇降圧型はフライバックトランスを用いた回路が数10Wクラスの小容量の高力率コンバータに広く使用されています。降圧型(下図)は従来は特殊な事例を除いてはほとんど使用されて来なかったのですが、近年LED照明の普及と共にLEDドライバ(LEDへの電力供給回路)として広く使用されるようになりました。本技術メモでは降圧型高力率コンバータの基本動作を説明します。

詳しい内容 → 「20160701-1.pdf」をダウンロード
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2016年6月 1日 (水)

双方向DC/DCコンバータの各種回路方式

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 近年、新エネや自動車の分野で双方向DC/DCコンバータが注目されています。平地研究室技術メモでもいろんな種類の双方向DC/DCコンバータを紹介してきました。今回は双方向DC/DCコンバータのいろんな回路方式を整理して紹介すると同時にどのようにすればDC/DCコンバータに「双方向」の機能を与えることができるか説明します。

詳しい内容 → 「29160601-1.pdf」をダウンロード

2016年5月29日 (日)

パワーエレクトロニクスの出前授業

先日、いつもお世話になっているN社様の新入社員を対象にパワーエレクトロニクス入門の出前授業を実施しました。
出前授業の内容: 「20160529-1.pdf」をダウンロード
このような基礎的な内容の出前授業は今の所N社様だけですが、他社でも実施しますので良かったらご依頼下さい。

2016年5月 2日 (月)

第4回舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座のご案内

定員に達しましたので申し込み受け付けを締め切らせていただきました。多数のお申し込みをいただき、ありがとうございました。 (2016/5/24)

<DC/DCコンバータの4つの回路方式について>
① 電流型DDコンの基礎から応用まで
② 双方向DDコンの基礎から応用まで
③ LLC方式の最新の技術動向
④ 位相シフト方式フルブリッジ型の最新の技術動向
日時:2016年8月20日(土)14時~17時
場所:メルパルク京都(JR京都駅前)
詳しい内容と申し込み方法 → 「20160502-1.pdf」をダウンロード

①・・・電流型DDコンは高い昇圧比に適する、入力リプルが小さい、通常のDDコン(電圧型)と双対の関係にある、などの特徴があり、燃料電池・太陽光発電・PFCコンバータ・双方向DDコンなどへの応用に適します。しかしサージ電圧の発生や非線形の制御特性など特有の問題もあり、扱いにくい回路です。平地研究室では電流型のユニークな特徴に注目して10年以上前から研究を続けてきました。今回は電流型の基礎から応用までを詳しく説明します。
②・・・双方向DDコンは近年新エネと自動車の分野で注目されています。多数の回路方式がありそれぞれユニークな特徴を有します。平地研究室ではいくつかの新しい回路方式・制御方式を提案しています。今回は双方向DDコンの基礎から応用までを詳しく説明します。
③④・・・LLC方式は古くからある回路ですが近年急速に応用範囲が広がり、研究成果の報告も増加しています。PSFB(位相シフト方式フルブリッジ型)も古くからある回路ですが、昔から現在まで途切れることなく沢山の研究成果が発表されています。今回はLLCとPSFBの内外の新しい研究成果報告を多数紹介します。
 なお、LLCとPSFBは今回は基礎的な内容は説明しませんので、パワエレ初心者の方は次の技術メモを事前に読んでいただくことを希望します。
No.20140529、「LLC方式DC/DCコンバータの回路構成と動作原理」
No.20110728、「位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータの基本」
No.20110928、「位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータのソフトスイッチングの原理」

2016年5月 1日 (日)

リアクトル電流逆流動作によるチョッパ回路のソフトスイッチング

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 チョッパ回路(下図)は様々な種類の電気製品で広範囲に使用されており、ソフトスイッチングへの要求も強く、昔から非常に沢山のソフトスイッチングの回路方式が提案されています。しかしながら、これまでに提案された回路方式の大部分はあまり実用的とは言えず、ほとんどの電気製品ではいまなお下図のハードスイッチング方式が使用されています。チョッパ回路でソフトスイッチングの実用化が進まない理由の一つはソフトスイッチングを実現するために部品点数が増加することです。そこで、本技術メモでは追加部品なしでチョッパ回路のソフトスイッチングを実現する方法を紹介します。

詳しい内容 → 「20160501-1.pdf」をダウンロード

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2016年4月11日 (月)

電気学会から表彰

次の論文発表が優秀と評価され、電気学会から優秀論文発表賞を受賞しました。 → 「20160411-1.JPG」をダウンロード

小森耕太、平地克也、「フルブリッジ型双方向DC/DCコンバータのサージ電圧抑制方法」、電気学会家電民生研究会資料、HCA-15-019、pp.43-48, 2015

この論文では追加回路なしで制御のみの変更でサージ電圧を大幅に抑制しており、実用的です。

2016年4月 1日 (金)

DC/DCコンバータの回路方式

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 平地研究室技術メモではDC/DCコンバータのいろんな回路方式を説明していますが、順不同で各種の回路方式を取り上げているので、多数の回路方式の全体像が見えにくいと思います。本技術メモではパワエレ初心者のために各種回路方式を整理しました。DC/DCコンバータ回路方式の全体像の理解にご利用下さい。

詳しい内容 → 「20160401-1.pdf」をダウンロード

2016年3月14日 (月)

第3回舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座のご報告

 一昨日予定通り第3回舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座を実施しました。関東や九州など遠方の方も含めて多数ご参加いただき、沢山の質問やご意見もいただき、まことに有り難うございました。
 今回は最初にDDコンとソフトスイッチングの基礎を説明し、その後3つの回路方式を最近の研究動向も含めて詳しく説明しました。盛り沢山の内容で時間オーバーとなり、遠方の方にはご迷惑をおかけしました。参加された方の追加質問や参考文献の送付依頼はプロフィールに記載しているmaizuru-ctのアドレスを使用下さい。

  --- 今回の目次 ---
  DC/DCコンバータの3つの回路方式について
    1.DC/DCコンバータの基礎
  2.ソフトスイッチングの基礎
  3.位相シフト方式フルブリッジ型
  4.LLC方式
  5.アクティブクランプ方式1石フォワード型

詳細内容: 「20160314-1.pdf」をダウンロード

次回は夏休みに実施します。

2016年2月12日 (金)

LLCコンバータのソフトスイッチング成立領域の詳細な検討

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 LLCコンバータ(下図)は簡単な回路構成で質の高いソフトスイッチングが実現できます。しかしこのソフトスイッチングは常に成立するわけではなく、一般的に出力電圧がピークとなる周波数(ピーク周波数)より高周波であれば成立するといわれています。しかし、実際にはピーク周波数より高周波であってもソフトスイッチングが成立しない領域があります。本技術メモでは、このソフトスイッチングが成立しない領域の発生原因を詳しく説明します。

詳しい内容 → 「20160212-1.pdf」をダウンロード

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2016年1月31日 (日)

DC/DCコンバータの評価指標「ソフトさ」の提案

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 DC/DCコンバータの回路方式を評価する場合、「ハードスイッチング方式」「ソフトスイッチング方式」と2者択一のラベル貼りをすることはあまり意味がなく、各スイッチ素子のスイッチングがどの程度ソフトであるか詳しく評価する必要があります。この評価を回路の「ソフトさ」の評価と呼びたいと思います。ソフトさは数字で表すことは困難ですが、各種回路方式のソフトさの比較は可能です。ソフトさという評価基準を用いると各種回路方式の特徴をより鮮明に把握することができます。

詳しい内容 → 「20160131-1.pdf」をダウンロード

2016年1月 7日 (木)

通常のフルブリッジ型DC/DCコンバータのサージ電圧発生メカニズム

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 前々回の平地研究室技術メモ(No.20151018)において位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータのサージ電圧について説明しました。今回は位相シフト方式ではなく、通常のフルブリッジ型DC/DCコンバータのサージ電圧発生メカニズムを説明します。この方式はいわゆるハードスイッチング方式ですが、適切に設計すれば位相シフト方式と同様に1次側のスイッチ素子のサージ電圧はほぼ完全に抑制することができます。2次側の整流ダイオードには位相シフト方式とほぼ同じメカニズムでサージ電圧が発生します。

詳しい内容 → 「20160107-1A.pdf」をダウンロード

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2015年12月 1日 (火)

第3回舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座のご案内

ご好評をいただいております舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座を下記のように計画しました。お申し込みをお待ちしております。

 今回は回路方式を3つに絞って深く掘り下げて説明したいと思います。
各回路方式について、動作原理の詳細、回路固有の特徴的な動作、励磁電流の役割と弊害、設計上の注意事項、最近の研究開発動向、などを詳しく説明します。
また、今回は事前のご質問とご意見をうけたまわりたいと思います。
当日の説明内容にご質問とご意見を反映させたいと思います。
(簡単な質問にはすぐに回答します)。
よろしくお願いいたします。

---- 記 ----
内容:DC/DCコンバータの3つの回路方式について
    ①アクティブクランプ方式1石フォワード型
    ②位相シフトフルブリッジ方式
    ③LLC方式
日時:2016年3月12日(土)14時~17時
場所:メルパルク京都(JR京都駅前)
事前質問/ご意見:必要に応じて連絡下さい。

詳しい内容と申し込み方法 → 「20151201-1.pdf」をダウンロード

定員に達しましたので申し込み受け付けを締め切らせていただきました。多数のお申し込みをいただき、ありがとうございました。

2015年11月16日 (月)

電流共振型DC/DCコンバータの昔の常識と最近の動向

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 電流共振型DC/DCコンバータには「ZCSで動作するのでスイッチング損失なし」「共振の途中でスイッチ素子をターンオフさせてはいけない」というような常識があったと思います。しかし近年はこのような常識に反する現象や使われ方が増えてきました。電流共振型DC/DCコンバータの最近の動向を説明します。

詳しい内容 → 「20151116-1.pdf」をダウンロード

2015年10月18日 (日)

位相シフトフルブリッジ型DC/DCコンバータの整流ダイオードのサージ電圧発生原理

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 位相シフトフルブリッジ型DC/DCコンバータはソフトスイッチング可能で高周波ノイズも少ないとされています。確かに1次側のスイッチ素子はソフトスイッチングを実現できますが、2次側の整流ダイオードにはターンオフ時に大きなサージ電圧が発生することがあります。本技術メモではサージ電圧の発生メカニズムを詳しく説明します。

詳しい内容 → 「20151018-1.pdf」をダウンロード

2015年9月25日 (金)

ソフトスイッチングの種類と定義

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 高周波電力変換技術は1970年代に使われ初め、1980年代に電圧共振・電流共振が普及し、さらに1990年代に部分共振が普及しました。部分共振の普及に伴ってソフトスイッチングという言葉が定着しましたが、その定義が研究者によって異なり、やや混乱状態となりました。そこで電気学会では下図のようにソフトスイッチングの明確な定義を定めました。電気学会の定義はスイッチング損失には甘く、サージ電圧・サージ電流には厳しいと言えます。

詳しい内容 → 「20150925-1.pdf」をダウンロード
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2015年9月 6日 (日)

LLC方式DC/DCコンバータにおけるソフトスイッチング失敗のメカニズム

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 平地研究室技術メモNo.20140529でLLC方式DC/DCコンバータ(下図)の回路構成と動作原理を説明ました。LLC方式は過負荷時にソフトスイッチングが実現できなくなることが知られています。今回の技術メモでは過負荷時ソフトスイッチング失敗のメカニズムを詳しく説明します。一般にDC/DCコンバータでは変圧器の励磁電流を使ってソフトスイッチングを実現している場合が多く、また多くの回路では励磁電流が変圧器の2次側に転流することによってソフトスイッチング失敗となります。LLC方式もやはり励磁電流の2次側への転流によってソフトスイッチング失敗となります。

詳しい内容 → 「20150906-1.pdf」をダウンロード

20150906

2015年7月20日 (月)

電気回路の基本:電力と実効値

<読んでほしい人:電気系以外の高専生と大学生>
 前回および前々回の技術メモ(No.20150707とNo.20150525)に続いて電気回路の基本の説明です。これで電気回路の基本は一応完了です。

詳しい内容 → 「20150720-1.pdf」をダウンロード

2015年7月 7日 (火)

電気回路の基本:正弦波交流の計算方法

<読んでほしい人:電気系以外の高専生と大学生>
 前回5月25日の技術メモに続けて電気回路の基本の説明です。電気系以外の高専生と大学生および卒業生のために作成しました。数学の基礎は学習済みで、微積分、三角関数、角周波数、複素数などは使えるが、電気回路の知識はオームの法則だけ、という人が容易に理解できるように記載しています。

詳しい内容 → 「20150707-1.pdf」をダウンロード

2015年6月 2日 (火)

第2回 パワーエレクトロニクス公開講座のご案内

前回の舞鶴高専パワーエレクトロニクスの公開講座「ソフトスイッチングの基礎から応用まで」には多数ご参加いただき、有り難うございました。第2回舞鶴高専パワーエレクトロニクスの公開講座を以下の内容で計画いたしました。DC/DCコンバータの基礎から応用まで分かりやすく解説します。最近の研究開発動向も説明します。お申し込みをお待ちしております。

内容: DC/DCコンバータの基礎から応用まで

日時:2015年8月22日(土)14時~17時

場所:メルパルク京都(JR京都駅前)

詳しい内容と申し込み方法 → 「20150602-1.pdf」をダウンロード

定員に達しましたので申し込み受け付けを締め切らせていただきました。多数のお申し込みをいただき、ありがとうございました。

昨日予定通り第2回舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座を実施しました。多数ご参加いただき、沢山の質問やご意見をいただき、まことに有難うございました。次回は春休みに実施したいと思います。(2015/8/23)

2015年5月25日 (月)

電気回路の基本:コンデンサとリアクトルの電圧と電流の関係

<読んでほしい人:電気系以外の高専生と大学生>
 最近は電気を用いるほとんどの分野でパワーエレクトロニクスが使用されるようになり、パワエレ技術者が不足しているようです。機械系や情報系など電気系以外の出身者がパワエレを勉強しなければならない場合もよくあるようです。今回の技術メモは電気系以外の高専生と大学生、および卒業生が電気回路の基本を学習するために作成しました。

詳しい内容 → 「20150525-1.pdf」をダウンロード

2015年5月 1日 (金)

部分共振定番方式

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 近年、部分共振がソフトスイッチングの主流となっています。部分共振にはいろんな方式がありますが、1つだけ広く普及している方式があります。
ターンOFF: コンデンサで電圧の立ち上がりを遅らせてZVS。
ターンON: リアクトルでコンデンサの電荷を引き抜いてZVS。
という方式です。今回の技術メモではこの方式を詳しく紹介します。この方式は特別な名前は付いていませんが、ここでは「部分共振定番方式」と呼ぶことにします。

詳しい内容 → 「20150501-1.pdf」をダウンロード

2015年3月24日 (火)

LED照明用高力率コンバータ

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 ここ2,3年の間にLED照明が急速に普及しています。すでに新築住宅の照明はほとんどLEDになったようです。リモコンで色と明るさを自由に調整できる機種もあり、実際に使ってみるとちょっと感動します。少々高くてもLEDを買ってしまいます。LED照明には高力率コンバータ(PFCコンバータ)が必要ですが、LED照明用ドライバーICと称して様々な種類の高力率コンバータ制御ICが市販されています。いずれ少数の有力な方式に収れんすると思いますが、当面は多数のメーカーの開発競争が続きそうです。

詳しい内容 → 「20150324-1.pdf」をダウンロード

2015年3月15日 (日)

舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座のご報告

昨日予定通り舞鶴高専パワーエレクトロニクス公開講座 「ソフトスイッチングの基礎から応用まで」 を実施しました。多数ご参加いただき、熱心に聞いていただき、貴重なご意見やご質問もいただき、まことにありがとうございました。次回は夏休みに実施します。詳細が決まりましたらこのホームページで案内いたします。

2015年2月14日 (土)

DAB方式の重要な公式の導出

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 前回の技術メモではDAB方式双方向DC/DCコンバータのリアクトル電流波形の計算式を導出しました。今回はリアクトル電流波形の計算式を使って重要な公式の導出を行います。出力電流、出力電力、およびソフトスイッチング限界などが計算可能となります。

詳しい内容 → 「20150214-1.pdf」をダウンロード

2015年2月 4日 (水)

DAB方式のソフトスイッチングの原理とリアクトル電流波形の理論計算

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 最近DAB方式双方向DC/DCコンバータが注目されています。先日ひさしぶりに電気学会半導体電力変換研究会に参加しましたが、DAB方式の発表が3件もあり熱心に議論されていました。平地研究室技術メモではNo.20140310「DAB方式双方向DC/DCコンバータ」でDAB方式の基本的な動作原理を説明しましたが、今回はDAB方式のソフトスイッチングの原理とリアクトル電流波形(下図)の計算式の導出方法を説明します。また、導出した計算式を使ってExcelでリアクトル電流波形を描画するワークシートを作りましたので紹介します。

詳しい内容 → 「20150204-1.pdf」をダウンロード

リアクトル電流波形描画用ワークシート → 「20150204-2.xlsx」をダウンロード

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           <リアクトル電流波形>

2015年1月 6日 (火)

パワーエレクトロニクス学会優秀論文賞受賞

下記の論文がパワーエレクトロニクス学会創立40周年記念会で優秀論文賞を受賞しました。電圧形DDコンと電流形DDコンのサージ電圧発生メカニズムの違いを明らかにし、サージ電圧を定量的に算出する方法を提案しています。実際の設計に役立つ実用的な論文と思います。平地研究室技術メモNo.20110308 「電流型DC/DCコンバータのスナバ回路設計方法について」では計算式の導出過程などを詳しく説明しています。参照ください。

受賞論文: 吉富大祐、伊東淳一、平地克也、「絶縁型DC-DCコンバータにおける漏れインダクタンスとサージ電圧の関係について」、パワーエレクトロニクス学会誌、Vol.37, pp.68-80, 2012

上記論文へのリンク: パワーエレクトロニクス学会誌

優秀論文賞: 「20150106-1.JPG」をダウンロード

2014年12月16日 (火)

パワーエレクトロニクス公開講座のご案内

舞鶴高専では社会貢献活動の一環として各種公開講座を実施しています。このたびパワーエレクトロニクスの公開講座も実施することになりました。ソフトスイッチングの基礎から応用まで分かりやすく解説します。最近の研究開発動向も説明します。お申し込みをお待ちしております。

内容: ソフトスイッチングの基礎から応用まで

日時:2015年3月14日(土)14時~17時

場所:メルパルク京都(JR京都駅前)

詳しい内容と申し込み方法(公開講座ポスター) → 「20141216-1.pdf」をダウンロード

定員に達しましたので申し込み受け付けを締め切らせていただきました。多数のお申し込みをいただき、ありがとうございました。

2014年12月14日 (日)

進みレグのソフトスイッチングと遅れレグのソフトスイッチング

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
DC/DCコンバータでは下図のように直流電源の間に2つのスイッチ素子が直列接続された回路構成がよく使われますが、この2つのスイッチ素子の直列接続およびその付属部品を「レグ」と言います。位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータは2つのレグから構成されており、一方のレグを進みレグ、他方を遅れレグと言います。進みレグと遅れレグではソフトスイッチングのメカニズムが相違しており、正しい設計のためには相違点の正確な理解が必要です。また、他の回路方式、例えばLLC方式、DAB方式、BHB方式、などもレグを有しており、位相シフト方式と同様の原理でソフトスイッチングを実現しており、位相シフト方式を理解すれば他の様々な回路方式も容易に理解できます。

詳しい内容 → 「20141214-1.pdf」をダウンロード
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2014年11月25日 (火)

位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータのシミュレーション波形

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータは数100W以上の電力変換装置に広く用いられています。特別に部品を追加しなくてもソフトスイッチングを実現できることが大きな特長です。この回路方式の動作原理は平地研究室技術メモNo.20110928ですでに説明済みです。しかしこの技術メモでは各動作モードの電流径路は詳しく図示していますが、各部の波形は掲載していませんでした。今回主要部品の全ての動作波形を掲載しますので技術メモNo.20110928と合わせて参照下さい。
 実測波形は回路の寄生要素のために振動やサージが発生して基本原理の理解のためには適切ではありませんのでソフトスイッチング可能な理想的な条件でのシミュレーション波形を掲載します。 シミュレーションソフトはSCATです。サーキットファイルも添付しますのでご利用下さい。

詳しい内容 → 「20141125-1.pdf」をダウンロード
サーキットファイル → 「full_bridge_phase_shift.cvt」をダウンロード
「full_bridge_phase_shift.shp」をダウンロード

2014年10月 4日 (土)

変圧器の漏れ磁束と漏れインダクタンス

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 変圧器の漏れインダクタンスは通常は変圧器の動作の障害となるので極力小さくなるように設計します。しかしDC/DCコンバータでは、漏れインダクタンスを利用してソフトスイッチングを実現する、リアクトルと変圧器を一体化する、など積極的に漏れインダクタンスを利用する回路方式が増えています。しかし、漏れインダクタンスは計算で求めることは容易ではなく、決まった作り方もなく、分かり易い解説書もないようであり、間違って理解している人も多いようです。本技術メモでは漏れ磁束と漏れインダクタンスに対する正しい考え方を説明します。

詳しい内容 → 「20141005-1.pdf」をダウンロード

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2014年9月20日 (土)

磁気結合を有するインターリーブ方式昇圧チョッパの動作の概要

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 昇圧チョッパの小型軽量化のために磁気結合を有するインターリーブ方式(下図)が広く研究されています。論文は沢山発表されていますが、パワエレ初心者が動作を理解するにはやや難しいかもしれません。本技術メモでは動作の概要を分かり易く説明しますので参考にして下さい。
詳しい内容 → 「20140920-1.pdf」をダウンロード
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2014年7月31日 (木)

OPアンプの基本

<読んでほしい人:電気系の高専生と大学生>
 OPアンプは電気系の高専生と大学生は電子回路の授業で必ず勉強しますが、動作の基本、特に負帰還やイマジナリーショートが正確に理解できてない人が多いようです。ここではOPアンプの基本構成からイマジナリーショートまで分かり易く説明しますので動作の基本を確実に理解して下さい。

詳しい内容 → 「20140731-1.pdf」をダウンロード

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2014年6月30日 (月)

SEPIC+ZETA方式双方向DC/DCコンバータ

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 平地研究室技術メモNo. 20140104では昇圧チョッパと降圧チョッパを組み合わせた双方向DC/DCコンバータを紹介しましたが、今回はSEPICコンバータとZETAコンバータを組み合わせた双方向DC/DCコンバータを紹介します。昇圧チョッパ+降圧チョッパ方式では入力電圧と出力電圧の大小関係に制約がありますが、SEPIC+ZETA方式では制約がなく、両者の大小関係が逆転しても正常動作することができます。

詳しい内容 → 「20140630-1.pdf」をダウンロード

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             SEPIC+ZETA方式双方向DC/DCコンバータ

2014年5月29日 (木)

LLC方式DC/DCコンバータの回路構成と動作原理

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 近年、LLC方式DC/DCコンバータ(下図)が広く使われるようになりました。2つのLと1つのCによる共振を利用することからこの名前が付いています。簡単な回路構成でソフトスイッチングを実現できます。LLC方式は学術論文や解説記事は沢山あるのですが、高専生が読んで動作原理が正しく理解できる分かり易い資料は見当たりません。そこで本技術メモを作成しました。パワエレ初心者の方は参考にして下さい。

詳しい内容 → 「20140529-3.pdf」をダウンロード
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     LLC方式DC/DCコンバータ(LLCコンバータ)

2014年4月28日 (月)

昇降圧チョッパ方式双方向DC/DCコンバータ

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 平地研究室技術メモNo. 20140104「電圧型+電流型双方向DC/DCコンバータ」で説明したように、降圧チョッパと昇圧チョッパを合体すれば双方向DC/DCコンバータを作ることができます。同様にして2つの昇降圧チョッパをうまく合体させれば双方向DC/DCコンバータを作ることができます。さらに2つの「多機能チョッパ」を合体させれば様々な動作を変幻自在に行うことのできるユニークな双方向DC/DCコンバータを作ることができます。

詳しい内容 → 「20140428-1.pdf」をダウンロード

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2014年3月31日 (月)

位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータの励磁電流によるソフトスイッチング

<読んでほしい人:パワエレ初心者>

 位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータ(下図)はソフトスイッチングの実現が可能ですが、軽負荷時や動作周波数が低い時は漏れインダクタンスによるZVSは実現できません。その場合は励磁インダクタンスでZVSを実現する必要があります。しかしその場合も励磁電流の2次側への転流を防ぐためにある程度の漏れインダクタンスが必要です。

詳しい内容 → 「20140331-1.pdf」をダウンロード

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2014年3月10日 (月)

DAB方式双方向DC/DCコンバータ

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 前回の技術メモでは「電圧型+電流型」の双方向DC/DCコンバータを紹介しましたが、今回はそれとは異なる動作原理の双方向DC/DCコンバータを紹介します。下記に回路構成を示します。左右双方にフルブリッジを持っているのでDAB(Dual Active Bridge)方式と呼ばれています。大電力の用途に広く研究されています。

詳しい内容 → 「20140310-1.pdf」をダウンロード

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2014年1月 4日 (土)

電圧型+電流型双方向DC/DCコンバータ

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 近年、スマートハウス、マイクログリッド、電気自動車など蓄電池が重要な役割を果たすシステムが注目されています。蓄電池は充電と放電が必要なので、これらのシステムへの応用を目的として双方向に直流電力を制御できる双方向DC/DCコンバータの研究が盛んになっています。いろんな学会で多数の研究成果や実用化例が報告されています。双方向DC/DCコンバータにはいろんな回路方式がありますが、この技術メモでは最も良く使われている電圧型のDC/DCコンバータと電流型のDC/DCコンバータを組み合わせた回路方式について動作原理と特性を説明します。

詳しい内容 → 「20140104-1.pdf」をダウンロード


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2013年11月 7日 (木)

「励磁電流は2次巻線にも流れる」の先行研究

 最近、「励磁電流は2次巻線にも流れる」のPR活動?を行っていますが、1石フォワード型DC/DCコンバータについては先行研究があり論文発表されている(1)ことを2006年12月24日の平地研究室技術メモで報告しています。そして、プッシュプル型DC/DCコンバータでも先行研究があることが分かりました(2)。平地研究室の論文(3)とはアプローチ方法は異なりますが、プッシュプル型DDコンにおいてスイッチ素子が双方ともOFFしているときは励磁電流が2次巻線に流れることが明確に記載されています。DDコンの動作をよく考えれば必然的に「励磁電流は2次巻線にも流れる」という結論に行き着く、と思います。

(1) 村上直樹、山崎幹夫、「一石フォワードコンバータにおける主トランスリセット条件の解析」、電子情報通信学会、信学技報、PE84-26、1984年
(2) 恩田謙一、阿部公仁、天野比佐雄、松田靖夫、「プッシュプルDC-DCコンバータにおける変圧器の偏磁現象の解析とその一対策方法」、電子情報通信学会論文誌C、Vol. J70-C, No.6, pp.927-935. 1987年6月
(3) 石田武揚、平地克也、「プッシュプル方式DC/DCコンバータの励磁電流と偏磁現象について」、パワーエレクトロニクス学会誌、Vol.38, JIPE-38-19, pp.149-156, 2013

2013年10月21日 (月)

DDコンの励磁電流_パワエレ学会での発表

DC/DCコンバータの変圧器の励磁電流について一昨日パワーエレクトロニクス学会で発表しました。たくさんの方に興味を持って聞いていただきました。著作権の問題はないようですので論文をそのままUPします。

平地克也、「変圧器の励磁電流は負荷に供給されることも多い」、パワーエレクトロニクス学会第200回例会講演資料、2013年10月19日:「20131021-1.pdf」をダウンロード

2013年10月14日 (月)

変圧器の極性について

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 変圧器の極性について説明します。下の図では左が同極性、右が逆極性です。巻線が多数ある場合に簡単に極性を判別する方法を説明します。

詳しい内容 → 「20131014-1.pdf」をダウンロード

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2013年9月28日 (土)

DDコンの励磁電流

DDコンの励磁電流、次回は10月19日にパワーエレクトロニクス学会で発表することになりました。

講演要旨:「20130928-1.pdf」をダウンロード

学会の案内:http://www.jipe.org/katsudo_2013/200.htm

2013年8月31日 (土)

電気学会産業応用部門大会に参加して

 昨日まで3日間、数年ぶりに電気学会産業応用部門大会に参加しました。学生が皆立派に発表しており、自ら質問もしており、大変感心しました。昔と比べて学生のレベルは確実に向上しているように感じました。
 また、研究開発の中心は私より一回り若い世代に移行したことが分かりました。新しい半導体の発展と自動車や新エネなど新しい応用分野の出現が若い世代をこの分野に引きつけています。日本のパワエレの将来は希望に満ちているように感じました。(楽観的過ぎるかな?)
 一方、76才の入江先生(元大阪電通大教授)がチョッパ回路の沢山の新しい回路方式を独自の視点で評価した結果を報告され(論文番号1-S9-5)、この分野の技術の奥の深さを改めて感じました。
 私は論文番号1-76「変圧器の励磁電流は2次巻線に流れることも多い」を発表しました。DDコンでは励磁電流が2次巻線にも流れることは平地研究室技術メモで繰り返し指摘していることですが、「励磁電流は1次巻線のみ流れる」という電気の世界の常識はパワエレの世界にも浸透しており、DDコンの理解を妨げています。「DDコンでは励磁電流は2次巻線にも流れる」が新しい常識になる必要があります。そのために同じ主旨であと2~3回学会発表しようと考えています。

2013年7月31日 (水)

LCフィルタの高周波特性の検討

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 LCフィルタ(図1)は2次遅れ要素と考えられ、パワエレ装置の通常の特性解析では図2の等価回路を用いればOKです。なお、RLはLの抵抗成分、Rは負荷抵抗です。しかし、周波数の高い領域の特性を議論する場合にはLとCの寄生要素を考慮する必要があります。そこで、数種類のLとCを用いてLCフィルタの特性を実測しました。そしてLとCの寄生成分を考慮した場合の理論値を導出して比較し、おおむね良好な一致を得ることができたので報告します。

詳しい内容 → 「20130731-1.pdf」をダウンロード
「20130731-2.pdf」をダウンロード
「20130731-3.pdf」をダウンロード

(ファイルサイズが大きいので3つに分割しています)

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2013年6月30日 (日)

非対称制御ハーフブリッジ型DC/DCコンバータの基本特性

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
ハーフブリッジ型DC/DCコンバータは通常2つのスイッチ素子を交互に同じパルス幅でON/OFFさせますが、下図のように2つのスイッチ素子Q1とQ2を非対称にON/OFFさせることもできます。このように制御するとソフトスイッチングの実現や平滑リアクトルの小型化などが期待できます。今回この回路の試作試験を実施しましたので報告します。

詳しい内容 → 「20130630-1.pdf」をダウンロード

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2013年5月31日 (金)

Zetaコンバータの基本特性

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
Zetaコンバータ(下図)は昇圧も降圧も可能、出力電圧が入力電圧と同じ極性、出力電圧のリプルが少ない、などの特長がありいろんな用途に使用できそうですが、日本ではあまり用いられておらず、論文や参考書もあまりありません。そこでZetaコンバータを試作し、基本的な特性を測定しました。数少ないZeta コンバータの資料として参考にして下さい。

詳しい内容 → 「20130531-1.pdf」をダウンロード
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2013年5月 8日 (水)

直流モータ駆動用チョッパ回路

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 前回の平地研究室技術メモでは「直流モータの回転原理と等価回路」を説明しましたが、今回は直流モータの駆動回路を説明します。直流モータは基本的には降圧チョッパと昇圧チョッパで制御されますが、直流モータの駆動に特化して例えば下図のように通常のチョッパ回路とはやや異なる回路構成となります。

詳しい内容 → 「20130508-1.pdf」をダウンロード
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2013年4月30日 (火)

直流モータの回転原理と等価回路

<読んでほしい人:電気系の高専生と大学生>
 直流モータの回転原理から等価回路の導出まで分かり易く解説しました。電気機器の授業を受けてない学生はこれを読んで直流モータの基本を理解して下さい。フレミングの法則さえ知っておれば理解できます。

詳しい内容 → 「20130430-1.pdf」をダウンロード

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2013年2月 4日 (月)

ハーフブリッジ形DC/DCコンバータの動作原理と偏磁抑制メカニズム

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 ブリッジ形のDC/DCコンバータにはフルブリッジ形とハーフブリッジ形(下図)があり、いろんな用途に広く使用されています。両者には共通点も多いのですが、フルブリッジ形は偏磁現象が発生しやすいが、ハーフブリッジ形は偏磁現象が発生しにくい、という違いがあります。今回の技術メモではハーフブリッジ形に備わっている偏磁現象を抑制するメカニズムを説明します。

詳しい内容 → 「20130204-1.pdf」をダウンロード

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2012年12月24日 (月)

2リアクトル方式降圧チョッパ

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
通常の降圧チョッパの出力電圧Voutは次の式で表されます。
  Vout=Vin×α    (αはスイッチ素子の通流率)
2リアクトル方式降圧チョッパ(下図)では出力電圧は次の式で表されます。
    Vout=Vin×α÷(2-α)
従って低い出力電圧を得る時は通常の降圧チョッパよりαを大きくでき、効率の向上が期待できます。

詳しい内容 → 「20121224-1.pdf」をダウンロード

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2012年11月 4日 (日)

チョッパ回路では誘導起電力は発生しない!?

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 多くのパワエレの教科書ではリアクトルに発生する誘導起電力を使って昇圧チョッパの動作原理を説明しています。しかしこの方法ではリアクトルの電圧や電流を正確に計算することができず、かえって理解を妨げているように思います。昇圧チョッパではリアクトルの電圧は誘導起電力として自ら発生するのではなく、外部から強制的に印加されます。これは昇圧チョッパ以外の電力変換回路でも言えることであり、パワエレの教科書ではリアクトルの動作説明に誘導起電力は使うべきでないと私は考えます。

詳しい内容 → 「20121104-1.pdf」をダウンロード

2012年9月30日 (日)

スイッチング電源における配線の影響

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 スイッチング電源では配線のインダクタンス成分によりスイッチ素子に大きなサージ電圧と振動が発生します。スイッチング電源では配線を極力短くしてそのインダクタンス成分を抑制する必要があります。今回の技術メモではサージ電圧の実測波形とサージ電圧と振動の発生原理を説明します。

詳しい内容 → 「20120930-1.pdf」をダウンロード

2012年8月31日 (金)

多機能チョッパ回路の御紹介

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 下記の回路はトランジスタとダイオードが2つずつあるちょっと変わったチョッパ回路ですが、一つの回路でいろんなタイプの動作を行うことができます。例えば昇圧チョッパや降圧チョッパと同じ動作を行うことができ、昇降圧チョッパの動作もできます。さらに、同じ昇降圧動作でもいろんなパターンの動作方法があります。この回路には定まった名称がありませんが、いろんなタイプの動作ができるのでここでは多機能チョッパ回路と呼ぶことにします。多機能チョッパ回路の様々な動作を紹介します。

詳しい内容 → 「20120831-1.pdf」をダウンロード

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2012年7月30日 (月)

リアクトル電流不連続モード制御高力率コンバータの研究開発動向

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 前回と前々回の平地研究室技術メモでは単相入力の高力率コンバータのリアクトル電流不連続モード制御方式を紹介しました。今回はまず3相入力の不連続モード制御方式(下図)を紹介し、次に不連続モード制御の最大の欠点である大きなピーク電流の影響を検討します。最後に不連続モードの研究開発動向を説明します。

詳しい内容 → 「20120730-1.pdf」をダウンロード

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2012年6月26日 (火)

昇降圧チョッパ型高力率コンバータ

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 前回の平地研究室技術メモでは昇圧チョッパ型高力率コンバータのリアクトル電流不連続モード制御を紹介しましたが、今回は昇降圧チョッパを用いてリアクトル電流を不連続モードで制御する高力率コンバータ(下図)を紹介します。昇圧チョッパ型では入力電流波形が完全な正弦波にはなりませんでしたが、昇降圧チョッパ型では通流率一定でスイッチ素子をON/OFFさせるだけで歪みのない完全な正弦波の入力電流を得ることができます。しかし、リアクトル電流のピーク値は昇圧チョッパ型よりさらに大きくなり電力損失は増加します。

詳しい内容 → 「20120626-1.pdf」をダウンロード

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2012年5月31日 (木)

昇圧チョッパ型高力率コンバータのリアクトル電流不連続モード制御

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
昇圧チョッパ型高力率コンバータではリアクトルの電流iLを適切に制御することにより入力電流を正弦波に整形している。リアクトル電流の制御方法には下図のように動作周期の1サイクル毎に電流が0Aとなる不連続モード制御と連続した波形となる連続モード制御の2種類がある。本技術メモでは不連続モード制御を紹介する。

詳しい内容 → 「20120531-1A.pdf」をダウンロード 

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2012年4月29日 (日)

BHB方式DC/DCコンバータの基本動作

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
BHB方式DC/DCコンバータ(下図)はソフトスイッチングが可能、同期整流に適する、変圧器とリアクトルの一体化が可能、などの優れた特長を有する。しかし昇圧チョッパとハーフブリッジ回路を複合した回路構成なので動作が複雑で特に変圧器の動作解析が難しい。本技術メモではBHB方式の基本動作を説明する。

詳しい内容 → 「20120429-1.pdf」をダウンロード

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2012年3月26日 (月)

半導体素子の導通チェックの方法

<読んでほしい人:電気系の高専生と大学生>
 半導体素子は試作機の中で最も壊れやすい部品だが、破損の有無は外観だけでは分からないのが普通である。そこで、半導体素子の破損の有無を見極めることが重要となるが、テスターで導通チェックを実施することにより容易に見極めることができる。ただし、通常の導通チェックとは異なり、半導体素子特有の手法があるのでそれをマスターしなければならない。

詳しい内容 → 「20120326-1.pdf」をダウンロード

2012年1月30日 (月)

絶縁型SEPICコンバータ

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 前回の技術メモ(平地研究室技術メモNo.20111229)でSEPICコンバータを紹介しましたが、今回は絶縁型のSEPICコンバータを紹介します。下図のようにSEPICコンバータの出力側のリアクトルを変圧器に置き換えた回路構成となります。動作原理と試作機の試験結果を紹介します。

詳しい内容 → 「20120130-1.pdf」をダウンロード

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2011年12月29日 (木)

SEPICコンバータ

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 昇圧と降圧が共に可能なチョッパ回路としては図1の回路がよく知られており、通常、昇降圧チョッパと言えば図1の回路を意味する。しかし、昇圧も降圧も可能なチョッパ回路には図1以外の回路もいくつか存在し、図2のSEPICコンバータもそのうちの1つである。図1の回路は広く実用化されており、多数のパワーエレクトロニクスの教科書や参考書で紹介されているが、SEPICコンバータは日本ではあまり使用されておらず、紹介している参考書も少ない。
SEPICコンバータは図1の回路と比べてLとCが1つずつ多く必要であり、少しコストアップになる。しかし、次のような大きな長所があり、もっと広く使用されるべきと思う。
(1) 出力電圧の極性が入力電圧と同じである。
(2) 入力電流のリプル成分が小さい。

詳しい内容 → 「20111229-1.pdf」をダウンロード

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2011年11月23日 (水)

DC/DCコンバータの励磁電流の測定方法とシミュレーション方法

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 DC/DCコンバータでは高周波変圧器の励磁電流がその動作に重要な役割を果たします。したがって励磁電流を直接測定できればDC/DCコンバータの動作の解明に大変役立つのですが、残念ながら励磁電流の正確な測定は簡単ではありません。逆にシミュレーションは大変簡単です。電気機器の教科書が教える通り、図のように理想変圧器の1次巻線と並列に励磁インダクタンスを接続するだけで正確にシミュレーションすることができます。

詳しい内容 → 「20111123-1.pdf」をダウンロード

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2011年11月 1日 (火)

DC/DCコンバータの偏磁現象の基本

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 DC/DCコンバータの偏磁現象はスイッチ素子の破損を招く恐るべき現象としてパワエレ技術者の間では広く知られている。本技術メモでは偏磁現象の発生原理とその基本的な対策方法を説明する。

詳しい内容 → 「20111101-1.pdf」をダウンロード

2011年9月28日 (水)

位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータのソフトスイッチングの原理

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 平地研究室技術メモNo.20110728にて位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータの基本動作を説明した。今回の技術メモではこの回路方式のソフトスイッチングの原理を説明する。動作モードが多く、やや煩雑ではあるが、原理を理解するためには全ての動作モードにおける電流径路と電圧電流波形を正確に理解しなければならない。

詳しい内容 → 「20110928-1.pdf」をダウンロード

2011年8月28日 (日)

3相整流回路

<読んでほしい人:電気系の高専生と大学生>
整流回路の動作は3相では単相より複雑になる。平滑コンデンサを付加した時はさらに複雑になる。しかしながら整流回路の基本は単相も3相も同じであり、手順に沿って考えれば必ず理解できる。次の手順で考える。
Step 1:動作モードを考える
Step 2:電流径路を考える
Step 3:電圧電流波形を考える

詳しい内容 → 「20110828-1.pdf」をダウンロード

2011年7月28日 (木)

位相シフト方式フルブリッジ型DC/DCコンバータの基本

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 フルブリッジ型DC/DCコンバータ(下図)は大容量の直流変換が必要とされる用途に広く用いられている。通常の方式のフルブリッジ型はスイッチ素子のON/OFF時にスイッチング損失が発生するが、「位相シフト方式」を用いるとソフトスイッチングが実現でき、スイッチング損失を抑制することができる。本技術メモではまず通常の方式の動作を説明し、次に位相シフト方式の基本動作を説明する。

詳しい内容 → 「20110728-1.pdf」をダウンロード 

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2011年6月29日 (水)

プッシュプル方式DC/DCコンバータの励磁電流による出力電圧異常について

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 平地研究室技術メモNo.20110228ではプッシュプル方式DC/DCコンバータ(下図)の基本動作と励磁電流の振る舞いについて説明しました。今回の技術メモでは励磁電流の影響で軽負荷時に出力電圧が跳ね上がる現象が発生することを説明します。軽負荷時に平滑リアクトルの電流が不連続となって出力電圧が跳ね上がることは良く知られています。しかし、励磁電流の影響で同様の現象が発生することはあまり知られていません。本技術メモではこの現象の実測データと発生原理を説明します。

詳しい内容 → 「20110629-1.pdf」をダウンロード

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2011年5月16日 (月)

DC/DCコンバータとは

<読んでほしい人:電気系の高専生と大学生>
DC/DCコンバータとはどのような装置なのか、次の内容を分かり易く説明します。
・DC/DCコンバータの用途:実はほとんどの電気製品に使用されています。
・DC/DCコンバータの種類:絶縁形と非絶縁形。
・DC/DCコンバータの基本的回路構成。
・高周波化による小型化について。
・絶縁形DC/DCコンバータの重要な機能「絶縁」とは?

詳しい内容 → 「20110516-1.pdf」をダウンロード

2011年4月 3日 (日)

原子力発電のしくみ

<読んでほしい人:電気系の高専生と大学生>
 福島第1原発で深刻な事故が発生しています。テレビでは連日事故の状況が詳細に報道されています。世界中が固唾を飲んで事故の推移を見守っています。今後この事故が電気の世界に大きな影響を与えることになるでしょう。電気系の高専生と大学生は原子力発電の基本的なしくみを理解しておく必要があります。次の2つの内容を説明します。
・原子炉で発生している核反応
・原子炉の基本構造(下図参照)

詳しい内容 → 「20110403-1.pdf」をダウンロード

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2011年3月 8日 (火)

電流型DC/DCコンバータのスナバ回路設計方法について

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 よく知られているように、通常のDC/DCコンバータでは変圧器の漏れインダクタンスなどの寄生インダクタンスに蓄えられたエネルギーによりスイッチ素子にサージ電圧が発生する。しかしこれは通常の電圧型のDC/DCコンバータについて言えることであり、電流型のDC/DCコンバータでは電圧型とは異なるメカニズムでサージ電圧が発生する。今回の技術メモでは電流型DC/DCコンバータのサージ電圧発生原理を明確にすると共にサージ電圧の計算方法と適切なスナバ回路の設計方法を説明する。

詳しい内容 → 「20110308-1.pdf」をダウンロード

2011年2月28日 (月)

電圧型プッシュプル方式DC/DCコンバータの励磁電流について

<読んでほしい人:パワエレ初心者&パワエレ技術者>
 先月の平地研究室技術メモでは電流型プッシュプル方式DC/DCコンバータの変圧器の励磁電流について説明しました。今回は電圧型の(通常の)プッシュプル方式DC/DCコンバータ(下図)の励磁電流について説明します。特に次の2項目について説明します。
(1) 電圧型プッシュプル方式DC/DCコンバータでは励磁電流が変圧器の2次巻線にも流れる。
(2) 軽負荷時は励磁電流の影響で出力電圧が異常に上昇することがある。
また、初心者向けに電圧型プッシュプル方式DC/DCコンバータの動作原理も説明します。

詳しい内容 → 「20110228-1.pdf」をダウンロード

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2011年1月31日 (月)

電流型プッシュプル方式DC/DCコンバータの偏磁現象について

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
 先月の平地研究室技術メモでは電流型プッシュプル方式DC/DCコンバータの基本的な特性について説明した。今回は本DC/DCコンバータの変圧器の偏磁現象について説明する。偏磁現象はDC/DCコンバータの破損を招く危険な現象としてDC/DCコンバータの技術者には広く知られている。しかし、その常識は通常の(電圧型の)DC/DCコンバータに関するものであり、電流型DC/DCコンバータでは常識とは異なる現象が発生する。

詳しい内容 → 「20110131-1.pdf」をダウンロード

2010年12月27日 (月)

電流型プッシュプル方式DC/DCコンバータ

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
 通常のプッシュプル方式DC/DCコンバータ(図1)はいろんなシステムに広く用いられており、文献や解説書も多数存在する。しかし、電流型のプッシュプル方式(図2)はあまり用いられておらず、解説書もほとんど存在しない。しかしながら、この方式は太陽光発電や燃料電池システムに適していると考えられ、今後広く普及する可能性がある。本技術メモでは電流型プッシュプル方式DC/DCコンバータの動作原理と基本特性を説明する。

詳しい内容 → 「20101227-1.pdf」をダウンロード

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2010年11月24日 (水)

インバータの基本

<読んでほしい人:電気系の高専生と大学生>
 最近の家電製品ではインバータが流行しています。インバータエアコン、インバータ洗濯機、インバータ冷蔵庫などがテレビで宣伝されています。いずれもインバータを使うことによって省エネ、ハイパワー、高機能、などが実現できたとPRされています。「インバータ」という名前は付いていませんが、実は電磁調理器や電子レンジなどもインバータを使っています。さらに電気自動車、ハイブリッド車、新幹線などもインバータによって動いています。インバータはハイテク製品のキーテクノロジーとなっているのです。
 今回の技術メモではインバータの原理と基本的な回路構成を説明します。

詳しい内容 → 「20101124-1.pdf」をダウンロード

2010年10月31日 (日)

電流が先か電圧が先か(リアクトルの場合)

<読んでほしい人:パワエレ初心者、パワエレ技術者>
 先月の平地研究室技術メモ(No.20100930「電流が先か電圧が先か」)ではトランスの設計では電磁気学の教えとは逆に「電圧が先」と考えなければならないことを説明しました。今回の技術メモではリアクトルの場合を考えてみます。リアクトルがトランスと異なる所は直流電流を流すような使用方法が多いことです。本技術メモでは直流電流を流して直流励磁された場合も「電圧が先」と考えて問題なきことを説明します。

詳しい内容 → 「20101031-1.pdf」をダウンロード

2010年9月30日 (木)

電流が先か電圧が先か

<読んでほしい人:パワエレ初心者>

電磁気学では次のように教えます。
① 電流が流れると磁界が発生する(アンペアの法則)。
② 磁界に対応して磁束が発生する(B=μH)。 
③ 磁束が変化すると電圧が発生する(ファラデーの法則)。

電磁気学の教えを疑うわけではありませんが、この考え方ではトランスの設計はできません。トランス屋さんは次のように考えます。
① 電圧を印加すると磁束が発生する。
② 磁束に対応して磁界が決まる。
③ 磁界に比例して電流が流れる。

このように、電磁気学では電流が先で電圧が後、トランス屋さんは電圧が先で電流が後、と考えます。トランス屋さん方式で考えて始めてトランスの設計ができます。

詳しい内容 → 「20100930-1.pdf」をダウンロード

2010年8月17日 (火)

励磁電流の重要な性質

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
励磁電流のふるまいを把握することはDC/DCコンバータの動作を検討する上で大変重要です。そのためには励磁電流の性質をよく理解しておく必要があります。今回の技術メモでは励磁電流の次の4つの重要な性質を説明します。
① 励磁電流にはペアになる電流がない。
② リアクトルの電流も励磁電流である。
③ 励磁電流は回路条件が変わっても流れ続ける
④ 励磁電流は最も流れやすい巻線を流れる

詳しい内容 → 「20100817-1.pdf」をダウンロード

2010年7月30日 (金)

変圧器の励磁電流と負荷電流

<読んでほしい人:パワエレ初心者>
変圧器の電流には励磁電流と負荷電流の2種類があり、励磁電流は鉄心を励磁して磁束を作るが、負荷電流は磁束を作らない、とされています。しかし、DC/DCコンバータでは負荷電流がトランスを励磁している場合があります。また、励磁電流が負荷にも供給されいている場合もあります。よって、DC/DCコンバータの変圧器の電流は励磁電流と負荷電流ではなく、励磁電流と非励磁電流(磁束を作らない電流)として区別するのが合理的と思われます。

詳しい内容 → 「20100730-1.pdf」をダウンロード

2010年6月30日 (水)

アクティブクランプ方式に関する平地研究室の研究成果のご紹介

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
平地研究室では1石フォワード型アクティブクランプ方式DC/DCコンバータ(下図)に関して次のような研究成果を得ることができました。
① トランスの励磁電流が2次側に転流する動作モードがあることを明かにした。
② その結果、通常の設計ではソフトスイッチングが実現できないことを明かにした。
③ ソフトスイッチングを実現するための励磁インダクタンスと漏れインダクタンスの条件を解析的に導出し、ソフトスイッチング可否自動判別ワークシートを作った。
④ 従来方式ではソフトスイッチング実現のために大きな励磁電流を流す必要があり、その弊害が大きいことを示した。
⑤ 励磁電流を大きくしなくてもソフトスイッチングを実現できる新しい制御方式を提案した。
本技術メモではこれまでの研究成果を分かり易くまとめて紹介します。

詳しい内容 → 「20100630-1.pdf」をダウンロード

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2010年5月31日 (月)

パワエレ導入実験:チョッパ回路の試作と試験

<読んでほしい人:パワエレ技術者>
平地研究室では研究室に新しく配属された学生はまず導入実験としてチョッパ回路の試作と試験を行っています。この実験を通じてパワエレの基本的な実験手法を身につけ、その後各自の研究テーマに着手します。今回の技術メモでは導入実験の指導書を紹介します。参考にして下さい。

詳しい内容 → 「20100531-1.pdf」をダウンロード

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