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スイッチング電源の原理と設計

・著者:落合 政司 著978-4-274-21715-9
・定価:4,968 円(本体4,600 円+税)
・A5 416頁

・ISBN

・発売日


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電機設計技術者必見の書!!

 

電子機器には、交流電圧を直流電圧に変換し、一定に制御された電圧を負荷回路に供給する電源回路が付いていますが、ここには小型・軽量で効率が高いスイッチング電源が使われています。様々な機器に使用されているスイッチング電源について、基本的な原理や設計方法を体系的に解説します。

まず動作原理、特徴などを説明し、その上で代表的なスイッチングコンバータの設計方法について、具体的に分かりやすく解説します。また、スイッチング電源の最大の欠点であるノイズ対策についても触れていきます。

2015/03
★このような方におすすめ
スイッチング電源を学ぶ初級技術者からベテラン技術者まで 高専・大学工学部(パワーエレクトロニクス、電源回路履修者)の学生と教師 電気及び電子機器メーカや電源メーカの設計技術者
主要目次
はじめに
第I部 スイッチング電源の原理
第1章 電源回路の役目と構成
第2章 定電圧回路
第3章 スイッチングコンバータの代表的な回路方式
第4章 チョッパ方式非絶縁形コンバータ
第5章 非共振(矩形波)絶縁形コンバータ
第6章 共振絶縁形コンバータ

第II部 スイッチング電源の設計法
第7章 降圧形コンバータの設計
第8章 リンギングチョーク形コンバータの設計
第9章 フライバック形コンバータの設計
第10章 フォワード形コンバータの設計
第11章 電流共振形コンバータの設計
第12章 整流回路
第13章 スイッチング電源におけるノイズの抑制対策
付録A トランジスタのh パラメータ
付録B シリーズレギュレータの出力電圧
付録C 降圧形DC-DC コンバータの動特性およびレギュレーション特性
付録D スイッチングトランスの損失
付録E スイッチングトランスに関する電磁気学
演習問題解答
参考・引用図書および資料
索引
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詳細目次
はじめに
第I部 スイッチング電源の原理
第1章 電源回路の役目と構成
1.1 電源回路の役目
1.2 電源回路の構成
[1] 待機電源
[2] AC ヒューズ:F1
[3] バリスタ:DZ
[4] ラインフィルタ:T1
[5] 主電源スイッチ:S1
[6] アクロス・ザ・ラインコンデンサ:C1
[7] ブリッジ整流ダイオード:D1〜D4, D5〜D8
[8] 交流チョークコイル:L1
[9] インラッシュ電流防止抵抗:R1, R2
[10]電磁リレー:S2
[11]平滑コンデンサ:C2, C3
1.3 第1 章の演習問題
第2章 定電圧回路
2.1 定電圧回路とは
2.2 シリーズレギュレータ
2.3 スイッチングレギュレータ
[1] スイッチングレギュレータの動作原理と制御方式
[2] 定電圧動作の原理
[3] 実際の回路での出力電圧
[4] スイッチングレギュレータの動特性
[5] 出力トランジスタの損失
2.4 シリーズレギュレータとスイッチングレギュレータの比較
2.5 第2章の演習問題
第3章 スイッチングコンバータの代表的な回路方式
3.1 スイッチングコンバータの代表的な回路方式
[1] 代表的な回路方式
[2] 非共振形(矩形波)コンバータ
[3] 共振形コンバータ
3.2 スイッチングコンバータの特徴と主な用途
3.3 第3章の演習問題
第4章 チョッパ方式非絶縁形コンバータ
4.1 降圧形コンバータ
[1] 降圧形コンバータの動作原理と静特性
[2] パルス幅制御方式コンバータの動作モード
[3] 電流不連続モードにおける出力電圧など
[4] 動特性
[5] 降圧形コンバータの特徴と用途
4.2 昇圧形コンバータ
[1] 昇圧形コンバータの動作原理と静特性
[2] 電流不連続モードにおける出力電圧など
[3] 動特性
[4] 昇圧形コンバータの特徴と用途
4.3 昇降圧形コンバータ
[1] 昇降圧形コンバータの動作原理と静特性
[2] 電流不連続モードにおける出力電圧など
[3] 動特性
[4] 昇降圧形コンバータの特徴と用途
4.4 3 種類のチョッパ方式非絶縁形コンバータのまとめ
4.5 第4章の演習問題
第5章 非共振(矩形波)絶縁形コンバータ
5.1 リンギングチョーク形コンバータ
[1] リンギングチョーク形コンバータの動作原理
[2] スイッチングトランスの等価回路
[3] 理想的な状態での静特性と動作周波数
[4] 実際の回路での静特性および動特性
[5] リンギングチョーク形コンバータの特徴と用途
5.2 フライバック形コンバータ
[1] フライバック形コンバータの動作原理と静特性および動特性
[2] 電流不連続モードでの出力電圧など
[3] フライバック形コンバータの特徴と用途
5.3 フォワード形コンバータ
[1] フォワード形コンバータの動作原理と静特性
[2] 電流不連続モードでの出力電圧など
[3] 動特性
[4] フォワード形コンバータの特徴と用途
5.4 プッシュプル形コンバータ
[1] プッシュプル形コンバータの動作原理と静特性
[2] 電流不連続モードでの出力電圧など
[3] 動特性と用途
5.5 ハーフブリッジ形コンバータ
[1] ハーフブリッジ形コンバータの動作原理と静特性
[2] 電流不連続モードでの出力電圧など
[3] 動特性と用途
5.6 フルブリッジ形コンバータ
[1] フルブリッジ形コンバータの動作原理と静特性など
[2] フルブリッジ形コンバータの用途
5.7 6 種類の非共振絶縁形コンバータのまとめ
5.8 第5章の演習問題
第6章 共振絶縁形コンバータ
6.1 電圧共振フライバック形コンバータ
[1] 電圧共振フライバック形コンバータとその使用例
[2] 電圧共振フライバック形コンバータの1 周期間の動作
[3] スイッチのZVS 条件
[4] 出力電圧の制御
[5] 出力電流と動作周波数など
[6] 今後の展望
6.2 電流共振形コンバータ
[1] 電流共振形コンバータの動作原理
[2] トランスの励磁電流と最大磁束密度
[3] 1 周期間の動作
[4] 出力電圧の制御
[5] 電流共振形コンバータの特徴
6.3 部分共振形コンバータ
6.4 第6章の演習問題

第II部 スイッチング電源の設計法
第7章 降圧形コンバータの設計
7.1 仕様の決定
7.2 動作周波数の決定
7.3 コイルのインダクタンスの決定
7.4 コイルのコアサイズ,巻数,ギャップの決定
7.5 コイルの巻線の線径と本数の決定
7.6 ボビンに巻線が巻けるかどうかの確認
7.7 ギャップの種類とその得失
7.8 第7章の演習問題
第8章 リンギングチョーク形コンバータの設計
8.1 仕様の決定
8.2 動作周波数の決定
8.3 最大時比率の決定
8.4 トランスの巻線比n の決定
8.5 トランスの一次励磁インダクタンスLP の決定
8.6 トランスのコアサイズと巻数の決定
8.7 トランスのギャップの決定
8.8 トランスのコア損失の計算と温度上昇の確認
8.9 トランス巻線の線径の決定
8.10 ボビンに巻線が巻けるかどうかの確認
8.11 出力コンデンサの決定
8.12 出力トランジスタの選定
8.13 出力ダイオードの選定
8.14 スナバー回路の決定
8.15 第8章の演習問題
第9章 フライバック形コンバータの設計224
9.1 仕様の決定
9.2 ダイオード電圧,出力トランジスタのオン抵抗,巻線抵抗の確認
9.3 トランスの仕様の決定
9.4 トランスのコア損失の計算と温度上昇の確認
9.5 トランス巻線の線径および出力コンデンサの決定
9.6 第9章の演習問題
第10章 フォワード形コンバータの設計
10.1 仕様の決定
10.2 最大時比率の決定
10.3 ダイオード電圧,出力トランジスタのオン抵抗,コイル抵抗の確認
10.4 トランスの巻線比n の決定
10.5 トランスのコアサイズの決定
10.6 トランスの巻数の決定
10.7 トランスのコア損失の計算と温度上昇の確認
10.8 出力コイルのインダクタンスの決定
10.9 トランス巻線の線径の決定
10.10 ボビンに巻線が巻けるかどうかの確認
10.11 出力コンデンサの決定
10.12 スナバー回路の決定
10.13 出力トランジスタの選定
10.14 出力ダイオードの選定
10.15 第10章の演習問題
第11章 電流共振形コンバータの設計
11.1 仕様の決定
11.2 トランスの巻線比n の決定
11.3 昇降圧比G の計算
11.4 Q 値の下限値の確認
11.5 交流出力抵抗の計算
11.6 電流共振コンデンサとQ 値の計算
11.7 励磁インダクタンスと電流共振コンデンサの決定
11.8 トランスのコアサイズの決定
11.9 トランスコアの最大磁束密度の確認
11.10 トランスの巻数の決定
11.11 トランスのギャップの決定
11.12 巻線電流の実効値の計算
11.13 トランス巻線の線径の決定
11.14 ボビンに巻線が巻けるかどうかの確認
11.15 出力コンデンサの決定
11.16 出力トランジスタの選定
11.17 出力ダイオードの選定
11.18 最大効率を得るためには
[1] トランスの磁束密度と損失
[2] トランスのリーケージインダクタンスと損失
11.19 第11章の演習問題
第12章 整流回路
12.1 整流回路の種類と特徴
12.2 コンデンサインプット形ブリッジ整流回路の電圧・電流
[1] 交流入力電流と消弧角
[2] 出力電流と整流出力電圧およびリプル電圧
12.3 平滑コンデンサの容量と保持時間
12.4 平滑コンデンサの使用上の注意点
[1] 耐圧についての注意点
[2] 電解コンデンサの寿命
[3] 再起電圧
12.5 第12章の演習問題
第13章 スイッチング電源におけるノイズの抑制対策
13.1 ノイズの種類と発生源
13.2 スイッチング電源のノイズ発生源
[1] メインスイッチ(MOSFET)の電圧
[2] メインスイッチやダイオードによって発生する過渡的な高周波振動[3] スイッチングトランスのリーケージフラックス
[4] 平滑コンデンサの等価直列抵抗(ESR)やインダクタンス成分およびブリッジ整流ダイオードのノイズ
[5] 出力コンデンサに生じるリプル電圧(ノイズ電圧)
13.3 伝導ノイズの対策方法
[1] ソフトスイッチング(共振・部分共振方式)
[2] スナバーの有効利用
[3] ソフトリカバリーダイオードおよびショットキーバリアダイオード
[4] フェライトビーズ(ビーズコア)やコイルの活用
[5] スイッチングトランスの静特性
[6] スイッチングトランスのコアアース
[7] プリント配線板の配線など
[8] ラインフィルタ回路
[9] ホットエンドの浮遊容量
[10]キャンセル法
13.4 輻射ノイズの対策方法
[1] 基本的な対策
[2] ソフトスイッチング(共振・部分共振方式)
[3] メインスイッチへの並列コンデンサの追加
[4] 出力ダイオードへの並列コンデンサの追加
[5] 配線の短縮とシールド線・より線の利用
[6] フェライトビーズ(ビーズコア)やコイルの活用
[7] 部品や筐体の電磁シールド
付録A トランジスタのh パラメータ
付録B シリーズレギュレータの出力電圧
付録C 降圧形DC-DC コンバータの動特性およびレギュレーション特性
C.1 DC-DC コンバータの状態平均化方程式と動特性の求め方
C.2 降圧形DC-DC コンバータの動特性
C.3 降圧形DC-DC コンバータのレギュレーション特性と出力インピーダンス
付録D スイッチングトランスの損失
D.1 ヒステリシス損
D.2 渦電流損
D.3 銅損
D.4 表皮効果
D.5 コア損失と巻線損失の関係
付録E スイッチングトランスに関する電磁気学
E.1 電流による磁界
E.2 電磁誘導
E.3 電気回路と磁気回路
E.4 磁気回路のオームの法則
E.5 インダクタンス
E.6 電圧と磁束密度
演習問題解答
参考・引用図書および資料
索引
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