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No.R06V0021

~EV・HEVに向けた~

車載用インバータ

出版日 2012年7月
価格
印刷タイプ 52,290円(税込)
ページ数 B5判 196ページ
発行<調査・編集> (株)トリケップス

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レポート内容

■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)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)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)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)サーマルデザインラボ 代表取締役
神谷 有弘
(株)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

-CONTENTS-
<1>総論
1.はじめに
2.車両システム
 ・HV、PHV、EVの構成
 ・モータの種類と特徴
 ・モータ駆動システムの構成
3.インバータ用電源
 ・バッテリーの種類と特徴
 ・エネルギー回生とバッテリー
 ・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
 ・絶縁型と非絶縁型
 ・降圧コンバータと昇圧コンバータ
 ・単方向コンバータ
 ・双方向コンバータ
5.インバータ
 ・インバータの構成
 ・設計時に考慮すべきこと
 ・パワーデバイスとドライブ回路
 ・ノイズ対策とキャパシタ
 ・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
 ・ベクトル制御の基本的な概念
 ・非干渉制御はなぜ必要か
 ・弱め界磁のメリット・デメリット

<2>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
 ・三相PWMインバータの原理
 ・各種PWM手法
 ・SPWMの改良方式
 ・デッドタイムの出力電圧への影響と補償法
 ・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
 ・IPM同期モータの原理と特徴
 ・数式モデルの導出
3.IPMモータのインバータ制御系
 ・速度制御系の構成
 ・非干渉化制御
 ・各種電流制御方式
 ・モータパラメータの変動への対処

<3>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
 ・車載用パワーコンバータの概要
 ・パワー駆動ライン部におけるインバータ
 ・補機類駆動ライン部におけるインバータ
 ・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
 ・ソフトスイッチングの必要性
 ・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
 ・DCリンク方式
 ・ACリンク方式
 ・ARCP方式
 ・各種方式の性能比較
 ・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
 ・新しいARCP方式
 ・従来ARCP方式と新型ARCP方式との相対比較
 ・新型ARCP方式の将来動向
5.おわりに

<4>パワー半導体とその車載インバータへの応用
<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
 ・シリコンMOSFETチップの進展
 ・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
 ・IGBTチップの進展
 ・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
 ・ワイドバンドギャップ半導体の特徴
 ・SiC-MOSFETかSiC-IGBTか
 ・SiC-MOSFETデバイス、プロセスの課題
 ・GaNデバイスの技術
6.まとめ

<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
 ・自動車世界生産台数と法規制動向
 ・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
 ・IGBTモジュールの応用分野と放熱性の改善
 ・車載インバータ用直接水冷型IGBTモジュール
 ・直接水冷システムの最適化
 ・車載インバータ用IGBTモジュールの信頼性設計
 ・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

<5>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
 ・モータ駆動システムの基本構成
 ・各種モータ駆動システムの比較
 ・出力特性
 ・最大出力と電源電圧
 ・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
 ・車載用インバータの特長
 ・小形軽量化推移
 ・車載用インバータの構造
 ・HEV/EV用インバータの実例
3.車載用インバータの制御
 ・制御回路構成
 ・PWM制御
 ・PWM制御の損失低減
 ・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
 ・安全性
 ・保護制御
 ・耐環境性と信頼性
 ・EMCとその対応

<6>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
 ・HEV、EVのインバータの設置場所
 ・制御回路と電力制御部の分離方法
 ・シリアル通信によるインバータの分離
 ・試作例
 ・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
 ・電力供給方法
 ・ファントム電源供給

<7>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
 ・EV/HEVの発熱源
 ・車載機器の環境温度
2.熱によって発生する問題
 ・発熱による機器の障害
 ・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
 ・チップから外気までの放熱経路
 ・放熱経路の熱抵抗回路網による表現
 ・接触熱抵抗
 ・接触熱抵抗の低減策
  -TIMの種類と特徴、選択法
  -サーマルグリース
  -PCM(フェーズチェンジマテリアル)
 ・液冷による熱輸送抵抗
 ・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
 ・熱対策の分類
 ・熱伝導抵抗の低減アプローチ
 ・車載インバータでの放熱能力向上策
 ・耐熱性の向上と発熱の抑制
 ・熱設計の手順
 ・目標熱抵抗

<8>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
 ・自動車が取り組むべき課題
 ・環境
 ・安全
 ・快適・利便
 ・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
 ・信頼性
 ・小型軽量化
3.カーエレクトロニクスの実装技術
 ・システム構成
 ・半導体デバイス
 ・センサ製品の実装技術
 ・ECU製品の実装技術
 ・アクチュエータ制御製品の実装技術
 ・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
 ・小型化を実現する放熱設計
 ・パワーデバイスの設計
 ・最適な接続材料
 ・はんだ付け技術
  -組み付け制御
  -ボイド低減
  -寿命設計
5.将来動向

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