パワーエレクトロニクス特論

Advanced Studies in Power Electronics

994D33P

43EEELM501

小泉　裕孝

Hirotaka Koizumi

2024年度前期

2024/1st

月曜5限

5th period on Monday

工学研究科　電気工学専攻

Department of Electrical Engineering, Graduate School of Engineering

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

共振型同調電力増幅器として発明され、共振型dc/dcコンバータ、ワイヤレス送電、誘導加熱機器、高周波蛍光灯等にも応用されているD級インバータを主な題材に、共振型電源の動作原理、スイッチングの特徴を説明する。デバイスストレス、リプルを考慮したフィルタ設計、直流等価抵抗の影響などに立ち入って説明する。主にテキスト第6章の内容を取り上げる。

A Class D inverter was proposed as a tuned power amplifier, which is applied to DC/DC converters, wireless power transfer, induction heating, and fluorescent ballast. In this course, operation principle and switching transition are explained based on the Class D inverter. Device stresses, filter design, and the effect of DC equivalent resistance are analyzed. Section 6 of the textbook is used as the main reference.

共振型電源の動作原理、スイッチングの特徴を理解し、簡単な回路設計までを習得する。
Understanding of operation principle of resonant power converters and switching transition. Designing a fundamental resonant dc/dc converter.

与えられた入出力条件下において、適切な素子を選択し、D級dc/dcコンバータを設計できるようになる。
Designing a Class D resonant DC/DC converter with appropriate circuit components under the required conditions.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

「パワーエレクトロニクス」の履修を前提に講義を行う。
Power Electronics is a pre-requisite undergraduate course.

小テストの実施　Quiz type test

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LETUSに逐次掲示されるファイルを参考に十分に復習すること。
Reviewing with a PDF file uploaded on LETUS.

課題（回路設計）を提示し、レポートにより評価する(枚数制限なし)50%。授業中またはLETUSにて行う1〜2問の小テスト50%。履修者が20人を超える場合はレポートを試験に変更する。

Report on the design of resonant DC/DC converters at the end of the semester (50%) and one to two problems per class (50%). When there are more than 20 students, a paper examination will be assigned instead of the report.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

Y

Marian K. Kazimierczuk, Dariusz Czarkowski "Resonant Power Converters, 2nd Edition," Wiley, 2011. ISBN: 978-0-470-90538-8
(TUS Library E-book accessible)

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

スイッチングコンバータの基礎　原田耕介、二宮保、顧文建 コロナ社
"The Fundamentals of Switched-Mode Converters," Harada, Ninomiya, and Gu, Corona Publishing Co., Ltd, 1992.
RF電力増幅器の基礎と設計法　末次正　科学情報出版

1. 共振型電源の特徴　Characteristics of power sources
　　スイッチング損失と電源の高周波化、高効率化の関係を理解する。
　　Understanding of the relationship between high-frequency, high-efficiency operation and switching loss.
　　
2. 電力増幅器と電力変換効率（１） Power amplifiers and power conversion efficiency (1)
　　A級、B級電力増幅器の動作原理と電力変換効率の関係を理解する。
　　Understanding of the operation principle of a Class A and a Class B power amplifiers and the power conversion efficiency. 　　 　　

3. 電力増幅器と電力変換効率（２） Power amplifiers and power conversion efficiency (2)
　　C級電力増幅器の動作原理と波形のフーリエ級数展開および電力変換効率の関係を理解する。D級電力増幅器の動作原理と電力変換効率の関係を理解する。
　　Understanding of the operation principle of a Class C power amplifier, Fourier analysis for the switch voltage waveform, and the power conversion efficiency.
4. 電力増幅器と電力変換効率（３） Power amplifiers and power conversion efficiency (3)
　　E級電力増幅器の動作原理と電力変換効率の関係を理解する。
　　Understanding of the operation principle of a Class E power amplifier and the power conversion efficiency.

5. D級直列共振インバータ（１） Class D series resonant inverter (1)
　　D級直列共振インバータの回路構成、動作原理、周波数制御とスイッチング損失の関係を理解する。
　　Understanding of circuit configuration of a Class D series resonant inverter and its operation principle.
　　Understanding of switching losses of a Class D series resonant inverter with frequency modulation.
 　　
6. D級直列共振インバータ（２） Class D series resonant inverter (2)
　　D級直列共振インバータの共振回路特性を解析できるようになる。
　　Understanding of characteristics of the resonant circuit of Class D series resonant inverter.　 　　

7. D級直列共振インバータ（３） Class D series resonant inverter (3)　　Understanding of voltage/current stress and voltage transfer function of a Class D series resonant inverter.

8. D級直列共振インバータ（４） Class D series resonant inverter (4)
　　スイッチ素子の寄生容量と非線形性を考慮した動作特性を理解する。(i)
　　Understanding of nonlinear characteristics of the parasitic capacitance of the switching devices. (i)
　　
9. D級直列共振インバータ（５） Class D series resonant inverter (5)
　　スイッチ素子の寄生容量と非線形性を考慮した動作特性を理解する。(ii)
　　Understanding of nonlinear characteristics of the parasitic capacitance of the switching devices. (ii)

10.  D級直列共振インバータ（６） Class D series resonant inverter (6), D級整流器 Class D rectifier (1)
　　D級直列共振インバータの設計方法を理解する。D級整流器の回路構成と動作原理、解析、設計方法を理解する。
　　Understanding of design scheme of a Class D rectifier.
　　Understanding of circuit configuration, operation principle, analysis, and design scheme of a Class D rectifier. (1)

11.  D級整流器 Class D rectifier (2)
　　D級整流器の出力フィルタ設計方法を理解する。
　　Understanding of design scheme for the output filter of Class D rectifier.

12.  D級共振型dc/dcコンバータ Class D resonant DC/DC converter
　　D級共振型dc/dcコンバータの設計方法を習得する。
　　Understanding of the design scheme of a Class D series resonant DC/DC converter.

13.  D級フルブリッジ直列共振インバータ Class D full-bridge series resonant inverter
　　D級フルブリッジ直列共振インバータの回路構成，動作原理，特性を理解する。
　　Understanding of circuit configuration, operation principle, and characteristics of a Class D full-bridge series resonant inverter.　 　　

14.  D級並列共振インバータ Class D parallel resonant inverter
　　D級並列共振インバータの回路構成，動作原理，特性を理解する。
　　Understanding of circuit configuration, operation principle, and characteristics of a Class D parallel resonant inverter.　 　　

15. まとめ Summary
　　授業内容の理解を確認する。
　　Reviewing the contents of this course.

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