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デジタル電源の基礎と設計法－スイッチング電源のデジタル制御－
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設計技術シリーズ

デジタル電源の基礎と設計法－スイッチング電源のデジタル制御－

著者： 安部 征哉氏（九州工業大学）、財津 俊行氏・上松 武氏（オムロン（株））
定価： 4,400円（本体4,000円＋税）
判型： A5
ページ数： 246 ページ
ISBN： 978-4-904774-84-7
発売日： 2020/7/26
管理No： 82
正誤表
2023/6/9更新

【著者紹介】

【目次】

第１章　DCDCコンバータの回路方式

  1. １.１　スイッチング電源の構成要素
  2. １.２　非絶縁型コンバータと絶縁型コンバータ
  3. １.３　非絶縁型コンバータ
    1. １．３．１　降圧型コンバータ （Buck Converter）
    2. １．３．２　昇圧型コンバータ （Boost Converter）
    3. １．３．３　昇降圧型コンバータ （Buck-Boost Converter）
  4. １.４　絶縁型コンバータ
    1. １．４．１　フォワードコンバータ （Forward Converter）
    2. １．４．２　フライバックコンバータ （Flyback Converter）
    3. １．４．３　フルブリッジコンバータ （Full-Bridge Converter）

第２章　パワーステージの設計

  1. ２.１　降圧型コンバータ
  2. ２.２　昇圧型コンバータ

第３章　状態平均化法とコンバータ解析

  1. ３.１　状態平均化法
    1. ３．１．１　定常状態
    2. ３．１．２　動特性
  2. ３.２　基本コンバータの解析
    1. ３．２．１　降圧型コンバータ
    2. ３．２．２　昇圧型コンバータ
  3. ３.３　拡張状態平均化法と電流不連続モードにおけるコンバータ解析
    1. ３．３．１　拡張状態平均化法
    2. ３．３．２　電流連続モード降圧型コンバータの解析
    3. ３．３．３　電流不連続モード昇圧型コンバータの解析

第４章　制御機構と伝達関数

  1. ４.１　制御機構
  2. ４.２　検出部の伝達関数
  3. ４.３　誤差増幅部の伝達関数
  4. ４.４　PWM回路の伝達関数
  5. ４.５　制御機構とスイッチング電源全体のブロック図

第５章　スイッチング電源の評価指標

  1. ５.１　一巡伝達関数（ループゲイン）
    1. ５．１．１　ボード線図と安定余裕
    2. ５．１．２　むだ時間要素と周波数特性
    3. ５．１．３　位相補償器
    4. ５．１．４　降圧型コンバータの一巡伝達関数
    5. ５．１．５　昇圧型コンバータの一巡伝達関数
  2. ５.２　出力インピーダンス
    1. ５．２．１　開ループ出力インピーダンス特性
    2. ５．２．２　閉ループ出力インピーダンス特性
    3. ５．２．３　負荷急変時の出力電圧応答
  3. ５.３　入出力電圧特性
    1. ５．３．１　開ループ入出力電圧特性
    2. ５．３．２　閉ループ入出力電圧特性

第６章　スイッチング電源のデジタル制御

  1. ６.１　デジタル信号処理の基礎
    1. ６．１．１　フーリエ変換とz変換
    2. ６．１．２　デジタル分解能
    3. ６．１．３　　デジタル制御の遅れ要素
  2. ６.２　離散値系プラントモデルによるデジタル制御
  3. ６.３　デジタル再設計
    1. ６．３．１　アナログ補償器からデジタル補償器への変換
    2. ６．３．２　双一次変換によるアナログ補償器のデジタル変換

第７章　PFCコンバータの基礎と制御系設計

  1. ７.１　PFCコンバータとは
  2. ７.２　回路方式
  3. ７.３　制御方式
  4. ７.４　制御系構成
  5. ７.５　アナログ制御による入力制御系の設計
  6. ７.６　アナログ制御による出力電圧制御系の設計
  7. ７.７　デジタル制御系の利点
  8. ７.８　デジタル制御による入力制御系の設計
  9. ７.９　デジタル制御系の設計例

第８章　デジタル制御の応用例

  1. ８.１　デジタル制御の実装方法
    1. ８．１．１　デジタル実装の全体のフローチャート
    2. ８．１．２　メインプログラム部
    3. ８．１．３　割り込み処理プログラム （周期割り込み）
    4. ８．１．４　補償器 （フィルタ） 演算の実装 （S/W）
    5. ８．１．５　補償器フィルタの実装 （H/W）
    6. ８．１．６　実際のボード例 （デモキット）
  2. ８.２　LLC共振コンバータの制御性を改善する制御への適用～TSC（Time Shift Control）～
    1. ８．２．１　LLC共振コンバータの一般的な制御特性の課題
    2. ８．２．２　TSC （Time Shift Control） を用いたLLC共振コンバータ
    3. ８．２．３　TSC （Time Shift Control） の実装
    4. ８．２．４　制御設計とボード線図比較
    5. ８．２．５　トランジェント比較
  3. ８.３　特殊な駆動方法：LLC同期整流コントローラ
    1. ８．３．１　LLC共振コンバータの基本動作
    2. ８．３．２　LLC共振コンバータの２次側同期整流の駆動方式俯瞰
    3. ８．３．３　デジタル制御によるVF検出型同期整流の駆動技術
  4. ８.４　複素根（ゼロ）を持つデジタルフィルタの実現
    1. ８．４．１　高Qの降圧型コンバータの伝達関数
    2. ８．４．２　アナログ補償器による高Q降圧型コンバータの一巡伝達関数
    3. ８．４．３　デジタル補償器による高Q降圧型コンバータの一巡伝達関数
    4. ８．４．４　Qzを変化させた場合の周波数特性 （実験結果）

【参考文献】

  • 原田 耕介、二宮 保、顧 文健「スイッチングコンバータの基礎」、コロナ社、1992年
  • R.W. Erickson, D. Maksimovic, "Fundamentals of Power Electronics Second Edition," Kluwer Academic Publishers, 2001.
  • 安部 征哉、財津 俊之「スイッチング電源制御設計の基礎」、日経BP社、2015年
  • 岩井 壮介「制御工学基礎論」、昭晃堂、1991年
  • 原田 耕介、二宮 保、中野 忠夫「基礎電子回路」、コロナ社、1985年
  • 二宮 保、「スイッチングレギュレータの基本特性と問題点」、1980年6月、電気学会雑誌、第100巻　第6号、pp.29-36.
  • 足立修一「信号・システム理論の基礎」、コロナ社、2014年
  • R.D. Middlebrook, S. Cuk, "A General Unified Approach to Modeling Switching-Conver ter Power Stages," IEEE Power Electronics Specialists Conference （PESC） 1976, pp. 18-34.
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  • P.-L. Wong, F.C. Lee, P. Xu, K. Yao, "Critical Inductance in Voltage Regulator Modules," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 17. No. 4. Jul. 2002, pp.485-492
  • 上松、福島、庄山、二宮："スイッチングリプル電流を考慮した単相PFCコンバータの損失解析"、九州大学大学院システム情報科学紀要 第14巻　第２号，2009.9
  • T.Uematsu, N.Hirao, T.Ninomiya and M.Syoyama; "Analysis of Three-Arm PWM UPS" , ICPE'98, pp818-823, 1998.10
  • 上松："高周波スイッチング技術を用いた高入力力率整流器の制御方式の検討"、信学技報、PE90-41、1990.10
  • 上松、戸塚、杉森："３相PWMコンバータの設計法"、信学技報、PE94-10、1994.5
  • 上松、福島、清水、二宮："フラットパネルディスプレイ用昇降圧PFCコンバータの動作特性"、信学論B、Vol.J91-B　No.1、2008.1
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  • V. Vorperian, S. Cuk, "A Complete DC Analysis of The Series Resonant Converter," PESC'82, pp. 85-100, 1982
  • Y. Hsieh and Fred C. Lee, "Accurate Small-Signal Model for LLC Resonant Converters," ECCE, pp.660-665, 2019
  • C. Adragna, "Time-shift control of LLC resonant converters" PCIM Europe 2010 Proceedngs, #113, pp.661-666, May 2010
  • C. Adragna, et al, "Digital Implementation and Performance Evaluation of a Time-Shit-Controlled LLC Resonant Half-Bridge Converter, APEC, pp.2074-2080, March 2014
  • "STNRG011, Digital cmbo multi-mode PFC and time shift LLC resonant controller" , datasheet, www.st.com
  • "STCMB1, TM PFC with X-cap discharge and LLC resonant combo controller" , datasheet, www.st.com
  • "SRK2001A, Adaptive synchronous rectification controller for LLC resonant converter," datasheet, www.st.com
  • 財津、小幡、安部 "複素根を用いたデジタル補償器" 電子情報通信学会ソサイエティ大会、BS-8-3、2008年
  • 財津 "デジタル電源の最新動向" 電子情報通信学会総合大会、チュートリアルセッション、2011年
  • S. Abe, T.Zaitsu, and S. Obata, "Pole-Zero-Cancellation Technique for DC-DC Converter," 書籍PID Controllers Advances in PID Control, InTechOpen, 2011.

【口コミ】

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