パワーエレクトロニクス入門

半導体スイッチングによって電圧・電流・周波数を変換する回路と、その産業応用を基礎から解説します。

速度制御が電流の目標を作る構造を理解し、FOCの座標変換と電気角、電圧・電流の制限を結び付ける。

パワーエレクトロニクスは、半導体スイッチを高速にオン・オフして電力の形を変える技術である。整流器、DC-DCコンバータ、インバータ、PWM、SiC/GaN、モータ駆動、系統連系、熱設計までを数式と波形でつなぎ、なぜ電気自動車・再生可能エネルギー・データセンターで重要なのかを解説する。

DC-DCコンバータはスイッチングとインダクタ・コンデンサで直流の電圧を変える。Buck、Boost、Buck-Boost、絶縁型の動作式、制御、損失、電源製品での選び方を図解する。

インバータは直流を半導体スイッチで刻み、負荷に必要な交流の電圧・周波数・位相を合成する回路である。単相・三相トポロジー、PWM、モーター制御、損失と安全を図と数式で解説する。

SiC MOSFETとGaN HEMTは、シリコンより広いバンドギャップと高い臨界電界を利用し、低損失・高周波化を可能にする。物性、損失、ゲート駆動、EMI、用途を数式で解説する。