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車載用インバータ

トリケップス  ~EV・HEVに向けた~ 車載用インバータ

発刊日
2012年7月26日発刊
価格
\49,800-(税別)
体裁
B5×196頁
略称
車載用インバータ(T)
発行
㈱トリケップス
販売
㈱ジャパンマーケティングサーベイ
監修
高橋 久
静岡理工科大学 大学院 理工学研究科 教授
執筆者
高橋 久
静岡理工科大学 大学院 理工学研究科 教授
松井幹彦
東京工芸大学 工学部 電子機械学科 教授
山本真義
島根大学 総合理工学部 電子制御システム工学科 准教授
岩室憲幸
富士電機株式会社 技術開発本部 次世代デバイス開発センター
(独立行政法人産業技術総合研究所 出向)
長畦文男
富士電機株式会社 電子デバイス事業本部 技術統括部
EVモジュール二課 課長
内藤祥太郎
元 株式会社日立製作所 EV開発センタ長 主管技師長
山本健司
静岡理工科大学 理工学部 電気電子工学科 講師
国峯尚樹
株式会社サーマルデザインラボ 代表取締役
神谷有弘
株式会社デンソー 電子技術3部 電子基盤技術開発部
基盤技術企画室 担当部長

目次

第1章 総論

1 はじめに
2 車両システム
 2.1 HV,PHV,EVの構成
 2.2 モータの種類と特徴
 2.3 モータ駆動システムの構成
3 インバータ用電源
 3.1 バッテリーの種類と特徴
 3.2 エネルギー回生とバッテリー
 3.3 キャパシタとの併用
4 インバータ供給電圧を制御するコンバータ
 4.1 絶縁型と非絶縁型
 4.2 降圧コンバータと昇圧コンバータ
 4.3 単方向コンバータ
 4.4 双方向コンバータ
5 インバータ
 5.1 インバータの構成
 5.2 設計時に考慮すべきこと
 5.3 パワーデバイスとドライブ回路
 5.4 ノイズ対策とキャパシタ
 5.5 Si-MOSFETとSiC-MOSFETの損失の違い
6 高効率・高性能化のための制御法
 6.1 ベクトル制御の基本的な概念
 6.2 非干渉制御はなぜ必要か
 6.3 弱め界磁のメリット・デメリット
   静岡理工科大学 高橋 久

第2章 EV用PMモータ駆動系へのインバータの適用

1 三相PWMインバータの原理とPWM制御
 1.1 三相PWMインバータの原理
 1.2 各種PWM手法
 1.3 SPWMの改良方式
 1.4 デッドタイムの出力電圧への影響と補償法
 1.5 SVMの原理とSPWM的実現法
2 IPM同期モータの原理と制御モデル
 2.1 IPM同期モータの原理と特徴
 2.2 数式モデルの導出
3 IPMモータのインバータ制御系
 3.1 速度制御系の構成
 3.2 非干渉化制御
 3.3 各種電流制御方式
 3.4 モータパラメータの変動への対処
   東京工芸大学 松井幹彦

第3章 ソフトスイッチングインバータとその車載応用

1 車載用インバータ
 1.1 車載用パワーコンバータの概要
 1.2 パワー駆動ライン部におけるインバータ
 1.3 補機類駆動ライン部におけるインバータ
 1.4 車載用インバータの問題点
2 ソフトスイッチング技術の基本
 2.1 ソフトスイッチングの必要性
 2.2 ソフトスイッチング動作原理
3 三相インバータのソフトスイッチング技術
 3.1 DCリンク方式
 3.2 ACリンク方式
 3.3 ARCP方式
 3.4 各種方式の性能比較
 3.5 ARCP方式の動作原理
4 三相ソフトスイッチングインバータの最新動向
 4.1 新しいARCP方式
 4.2 従来ARCP方式と新型ARCP方式との相対比較
 4.3 新型ARCP方式の将来動向
5 おわりに
 島根大学 山本真義

第4章 パワー半導体とその車載インバータへの応用

Ⅰ パワー半導体
 1 はじめに
 2 最近のパワーデバイスの開発動向
 3 Si-MOSFET開発の現状と将来動向
  3.1 シリコンMOSFETチップの進展
  3.2 スーパージャンクションMOSFETの設計・製造技術
 4 Si-IGBTの開発の現状と将来動向
  4.1 IGBTチップの進展
  4.2 逆導通IGBTならびに逆阻止IGBTの開発
 5 ワイドバンドギャップパワーデバイス開発の現状と将来動向
  5.1 ワイドバンドギャップ半導体の特徴
  5.2 SiC-MOSFETかSiC-IGBTか
  5.3 SiC-MOSFETデバイス、プロセスの課題
  5.4 GaNデバイスの技術
 6 まとめ
  独立行政法人産業技術総合研究所 岩室憲幸
 
Ⅱ 車載インバータへの応用
 1 はじめに
 2 車載インバータの最新市場動向と取り組み事例
  2.1 自動車世界生産台数と法規制動向
  2.2 車載インバータの回路方式と取り組み事例
 3 パワー半導体の車載インバータへの適用事例
  3.1 IGBTモジュールの応用分野と放熱性の改善
  3.2 車載インバータ用直接水冷型IGBTモジュール
  3.3 直接水冷システムの最適化
  3.4 車載インバータ用IGBTモジュールの信頼性設計
  3.5 車載インバータ用IGBTモジュールのはんだ品質信頼性
 4 車載インバータ用パワー半導体の将来
 5 おわりに
  富士電機株式会社 長畦文男

第5章 車載用モータ駆動システムとインバータの実際

1 車載用モータ駆動システム
 1.1 モータ駆動システムの基本構成
 1.2 各種モータ駆動システムの比較
 1.3 出力特性
 1.4 最大出力と電源電圧
 1.5 4象限運転と回生制動
2 車載用インバータのハード構成
 2.1 車載用インバータの特長
 2.2 小形軽量化推移
 2.3 車載用インバータの構造
 2.4 HEV/EV用インバータの実例
3 車載用インバータの制御
 3.1 制御回路構成
 3.2 PWM制御
 3.3 PWM制御の損失低減
 3.4 昇圧制御
4 車載用モータ駆動システムの安全性及び信頼性
 4.1 安全性
 4.2 保護制御
 4.3 耐環境性と信頼性
 4.4 EMCとその対応
  元 株式会社日立製作所 内藤祥太郎

第6章 インバータ向けシリアル通信化によるノイズ対策

1 インバータの電力制御部分の分離
 1.1 HEV,EVのインバータの設置場所
 1.2 制御回路と電力制御部の分離方法
 1.3 シリアル通信によるインバータの分離
 1.4 試作例
 1.5 タイミング誤差について
2 良好なEMCのためのシリアル通信路の設計
 2.1 電力供給方法
 2.3 ファントム電源供給
  静岡理工科大学 山本健司

第7章 車載用インバータの熱設計・熱対策

1 EV/HEVに見るエネルギー変換と発熱
 1.1 EV/HEVの発熱源
 1.2 車載機器の環境温度
2 熱によって発生する問題
 2.1 発熱による機器の障害
 2.2 パワーモジュールで発生する典型的な不具合
3 インバータの放熱経路
 3.1 チップから外気までの放熱経路
 3.2 放熱経路の熱抵抗回路網による表現
 3.3 接触熱抵抗
 3.4 接触熱抵抗の低減策
  3.4.1 TIMの種類と特徴、選択法
  3.4.2 サーマルグリース
  3.4.3 PCM(フェーズチェンジマテリアル)
 3.5 液冷による熱輸送抵抗
 3.6 ラジエター(ヒートシンク)の放熱
4 インバータの熱対策と熱設計
 4.1 熱対策の分類
 4.2 熱伝導抵抗の低減アプローチ
 4.3 車載インバータでの放熱能力向上策
 4.4 耐熱性の向上と発熱の抑制
 4.5 熱設計の手順
 4.6 目標熱抵抗
  株式会社サーマルデザインラボ 国峯尚樹

第8章 インバータを中心とするカーエレクトロニクス実装技術

1 カーエレクトロニクスの概要
 1.1 自動車が取り組むべき課題
 1.2 環境
 1.3 安全
 1.4 快適・利便
 1.5 自動車におけるエネルギーマネージメント
2 車載電子製品に求められる要件
 2.1 信頼性
 2.2 小型軽量化
3 カーエレクトロニクスの実装技術
 3.1 システム構成
 3.2 半導体デバイス
 3.3 センサ製品の実装技術
 3.4 ECU製品の実装技術
 3.5 アクチュエータ制御製品の実装技術
 3.6 プリント配線板に求められる技術
4 車載用小型インバータにおける実装技術
 4.1 小型化を実現する放熱設計
 4.2 パワーデバイスの設計
 4.3 最適な接続材料
 4.4 はんだ付け技術
  4.4.1 組み付け制御
  4.4.2 ボイド低減
  4.4.3 寿命設計
5 将来動向
 株式会社デンソー 神谷有弘
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