設計基礎技術講座では、スイッチング電源の設計方法について学習します。実際に販売されているコーセル株式会社製のスイッチング電源LCA75S-12(入力電圧AC100V、出力電力75W、出力電圧12V)を教材として、使用されている部品の種類や特性、各部の機能、回路定数の計算方法などについて学習します。
設計基礎技術講座・設計編では、スイッチング電源の設計プロセスを理解し、回路定数の計算方法や製品の試験方法などについて学習します。
パワエレの基礎知識がある方。これからパワエレ製品の設計に関わる方。
本eラーニング講座では、約220枚のスライドを使って学習を進めます。各章の終わりには選択式の設問があり、学習の理解度を確認することができます。
章番号 | タイトル | スライド番号 | スライドタイトル |
1 | 予備知識 | 1.1 | 波形の計算 |
1.2 | 手計算できる波形 | ||
1.3 | 時比率(Duty)を求める早見表 | ||
1.4 | ピーク値(peak)を求める早見表 | ||
1.5 | 平均値(ave)を求める早見表 | ||
1.6 | 実効値(rms)を求める早見表 | ||
2.1 | 効率η | ||
2.2 | 効率で求められる入力電力Pi | ||
2.3 | 効率で求められる電源の損失PL | ||
3.1 | 力率の予備知識 | ||
3.2 | 力率とは(1) | ||
3.3 | 力率とは(2) | ||
3.4 | 力率と入力電流Ⅰrms | ||
3.5 | 力率と入力電力の具体例 | ||
4.1 | 具体的に計算する電源の写真 | ||
4.2 | 具体的に計算する電源の回路図 | ||
4.3 | 回路をブロックに分ける | ||
5.1 | (設問) | ||
2 | 入力部(入力~整流器) | 1.1 | 入力電力と出力電力の関係 |
1.2 | 入力電力と入力電流の関係 | ||
1.3 | 損失(電力)最大となる入力電圧とは? | ||
1.4 | 入力電流波形 | ||
1.5 | 入力電流の(最大)実効値の求め方 | ||
1.6 | 入力電流の平均電流の考え方 | ||
1.7 | 入力電流の(最大)平均値の求め方 | ||
1.8 | 入力電流の(最大)ピーク値の求め方 | ||
2.1 | 入力コネクタ(CN1)の決め方 | ||
3.1 | ヒューズ(F11)の定格電圧の決め方 | ||
3.2 | ヒューズの定格電流 | ||
4.1 | 相間コンデンサ(C11) | ||
5.1 | 放電抵抗(R24)が無い場合 | ||
5.2 | 放電抵抗の働き | ||
5.3 | 放電抵抗の抵抗値を求める | ||
5.4 | 放電抵抗の電圧・電力 | ||
6.1 | ラインフィルタ(L11)の直流抵抗測定 | ||
6.2 | ラインフィルタの損失計算 | ||
6.3 | ラインフィルタの飽和 | ||
6.4 | ラインフィルタの飽和計算(入力電流) | ||
6.5 | ラインフィルタの飽和計算(公式) | ||
6.6 | ラインフィルタの飽和計算(実例) | ||
6.7 | ラインフィルタの飽和計算(判定と対策) | ||
7.1 | 入力整流器(SS11)の定格電圧 | ||
7.2 | 入力整流器の損失 | ||
7.3 | 入力整流器の発熱 | ||
8.1 | (設問) | ||
3 | 入力回路(整流後~平滑部) | 1.1 | パワーサーミスタ(TH1)とは |
1.2 | パワーサーミスタが無かったら | ||
1.3 | パワーサーミスタの働き | ||
1.4 | B定数 | ||
1.5 | 低温時の限界 | ||
1.6 | 使用上の注意事項 | ||
2.1 | 接地コンデンサ(C13,C16)の働きイ | ||
2.2 | 接地コンデンサの欠点 | ||
2.3 | 漏洩電流の計算方法(基礎) | ||
2.4 | 漏洩電流の計算方法(応用) | ||
3.1 | 入力平滑コンデンサ(C15)の寿命 | ||
3.2 | 入力電解コンデンサの電圧 | ||
3.3 | 入力電解コンデンサのリップル電流(1) | ||
3.4 | 入力電解コンデンサのリップル電流(2) | ||
3.5 | 入力電解コンデンサの容量(1) | ||
3.6 | 入力電解コンデンサの容量(2) | ||
3.7 | 入力電解コンデンサの容量(3) | ||
3.8 | 入力電解コンデンサの容量(4) | ||
4.1 | (設問) | ||
4 | 出力トランス(T11) | 1.1 | コア材料の決定 |
1.2 | コアサイズ | ||
2.1 | 1次巻線の巻数 | ||
2.2 | 1次巻線の巻数はまだ求まらない | ||
3.1 | 2次巻線の巻数 | ||
3.2 | 定格出力電圧が出せる巻数 | ||
3.3 | 2次巻数の大小によるメリット・デメリット | ||
3.4 | 試作する巻数決定 | ||
4.1 | 1次巻線と2次巻線の磁気結合 | ||
4.2 | T型等価回路と結合係数k | ||
4.3 | 巻数が異なる場合の等価回路 | ||
4.4 | 励磁電流と通過電流 | ||
4.5 | 結合係数kの測定方法 | ||
5.1 | 1次巻線と2次巻線の静電結合 | ||
5.2 | 安定電位とは | ||
5.3 | 静電容量に流れる電流 | ||
5.4 | 巻線の表現方法 | ||
5.5 | 等価容量Cotの考え方 | ||
5.6 | Cotの低減方法 | ||
6.1 | 1次巻線と2次巻線の関係 | ||
7.1 | (設問) | ||
5 | 出力部 | 1.1 | はじめに |
2.1 | 2次側整流ダイオード(SS51) | ||
2.2 | 耐圧 | ||
2.3 | 電流 | ||
2.4 | 損失 | ||
2.5 | 放熱計算 | ||
3.1 | 出力コイル(L54)のインダクタンス値 | ||
3.2 | 出力コイルの巻数 | ||
3.3 | 出力コイルの飽和特性 | ||
3.4 | フェライトコアのギャップ位置 | ||
4.1 | 出力電解コンデンサ(C53,C54) | ||
4.2 | 容量成分に発生する電圧の求め方 | ||
4.3 | ESR成分に発生する電圧の求め方 | ||
4.4 | ESL成分に発生する電圧の求め方 | ||
4.5 | 出力リップルまとめ | ||
5.1 | CRスナバ回路(C51,C52,R51) | ||
5.2 | CRスナバ回路の欠点 | ||
5.3 | CRスナバ回路の注意事項 | ||
6.1 | ブリーダ抵抗(R52)が無い場合 | ||
6.2 | ブリーダ抵抗が無いと負荷変動大 | ||
6.3 | ブリーダ抵抗が無ければ出力電圧可変不可 | ||
6.4 | ブリーダ抵抗設定方法 | ||
7.1 | 2次側接地コンデンサ(C55) | ||
7.2 | 2次側接地コンデンサの容量と耐圧 | ||
8.1 | 出力コネクタ(CN2) | ||
9.1 | (設問) | ||
6 | インバータ部 | 1.1 | インバータの動作 |
2.1 | インバータに流れる励磁電流 | ||
2.2 | インバータに流れる通過電流 | ||
2.3 | インバータに流れる電流 | ||
2.4 | インバータ電流の実効値計算 | ||
3.1 | インバータのオン損失計算 | ||
3.2 | インバータのクロス損失 | ||
3.3 | インバータの容量損失 | ||
3.4 | インバータの容量損失の容量 | ||
3.5 | インバータの容量損失計算 | ||
3.6 | インバータの容量損失の低減方法 | ||
4.1 | インバータオフ直後の電圧上昇 | ||
4.2 | LC直列共振波形 | ||
4.3 | インバータオフ時の電圧波形 | ||
4.4 | インバータオフ時の電圧波形から励磁電流を描く | ||
4.5 | 危険なインバータ電圧波形イ | ||
5.1 | 両対数グラフとは | ||
5.2 | dBμV表示 | ||
5.3 | 対数グラフの傾き | ||
5.4 | 電圧波形を周波数特性で表す | ||
5.5 | 具体的にインバータ電圧波形の周波数特性を描く | ||
5.6 | インバータ電圧波形の高域特性 | ||
6.1 | 異常発振防止 | ||
7.1 | (設問) | ||
7 | 制御系 | 1.1 | 1次側制御IC |
2.1 | 制御ICの起動・停止条件 | ||
2.2 | 起動回路 | ||
2.3 | 起動回路のばらつき | ||
2.4 | ICが停止した時 | ||
2.5 | ICに並列抵抗を接続 | ||
2.6 | 起動電圧のばらつき低減 | ||
2.7 | 電流源-電圧源変換 | ||
2.8 | RLCの分圧回路 | ||
2.9 | ICが停止した時(ICに並列抵抗有) | ||
3.1 | トランスからIC電源供給(最小値) | ||
3.2 | 電源のヒステリシス特性 | ||
3.3 | ヒステリシス特性が無い場合 | ||
3.4 | トランスからのIC電源供給(最大値) | ||
4.1 | ICの発振回路 | ||
4.2 | ICのDuty可変回路 | ||
5.1 | ICのドライブ回路 | ||
5.2 | 外付けドライブ回路 | ||
6.1 | ICの過電流保護回路(OCP) | ||
7.1 | ICの過電圧保護回路(OVP) | ||
8.1 | ICの短絡電流低減回路 | ||
9.1 | 2次側出力電圧制御回路 | ||
9.2 | 出力電圧設定 | ||
9.3 | カプラ電流制限抵抗(R53)の抵抗値計算 | ||
9.4 | カプラ電流制限抵抗(R53)の電力計算 | ||
9.5 | カプラ並列抵抗(R54)の抵抗値計算 | ||
10.1 | 配線の注意事項 | ||
10.2 | 過電圧保護回路の配線の注意事項 | ||
11.1 | 過電圧保護回路(OVP)は確実に動作させる | ||
11.2 | 過電圧保護回路(OVP)の設定方法 | ||
12.1 | 一巡伝達関数 | ||
12.2 | 測定方法 | ||
12.3 | 回路シミュレータの勧め | ||
12.4 | ボード線図の着眼点 | ||
13.1 | (設問) | ||
8 | 雑音端子電圧計算 | 1.1 | はじめに |
1.2 | 出力ノイズ | ||
1.3 | 雑音電界強度 | ||
1.4 | 雑音電界強度の規格 | ||
1.5 | 雑音端子電圧 | ||
1.6 | 雑音端子電圧の規格 | ||
2.1 | 基礎知識(分圧計算) | ||
2.2 | 基礎知識(カットオフ周波数) | ||
2.3 | 基礎知識(発生源) | ||
3.1 | 等価回路化 | ||
3.2 | 等価回路化(モード毎に分ける) | ||
4.1 | 雑音端子電圧(ノーマルモード)の計算 | ||
4.2 | 発生源計算(インバータ電流) | ||
4.3 | 発生源計算(電圧) | ||
4.4 | 発生源計算(周波数特性) | ||
4.5 | 減衰量計算(カットオフ周波数fp) | ||
4.6 | 減衰量計算(減衰計算) | ||
4.7 | 検出部での減衰計算 | ||
4.8 | 雑音端子電圧(ノーマルモード)の計算まとめ | ||
5.1 | 雑音端子電圧(コモンモード)の計算 | ||
5.2 | 発生源計算 | ||
5.3 | コンデンサの分圧計算 | ||
5.4 | 検出と減衰の計算(カットオフ周波数fp) | ||
5.5 | 検出と減衰の計算(減衰計算) | ||
5.6 | 雑音端子電圧(コモンモード)の計算まとめ | ||
6.1 | 計算結果と規格値の比較 | ||
7.1 | (設問) | ||
9 | アブノーマル対策設計 | 1.1 | アブノーマル対策とは |
1.2 | FMEAとは | ||
1.3 | アブノーマル試験とは | ||
2.1 | 製品としての異常試験 | ||
2.2 | 高温過負荷出力試験 | ||
2.3 | 電解コンデンサ容量抜け状態試験 | ||
2.4 | 高入力電圧試験 | ||
2.5 | 低入力電圧試験 | ||
2.6 | 入力オンオフくり返し試験 | ||
2.7 | 無通風試験 | ||
2.8 | 短絡投入試験 | ||
2.9 | 短絡放置試験 | ||
3.1 | アブノーマル対策事例紹介(D12) | ||
3.2 | アブノーマル対策事例紹介(ZD11) | ||
3.3 | 過電圧保護回路 | ||
4.1 | 他の信頼性試験 | ||
5.1 | (設問) | ||
10 | 表皮効果と近接効果 | 1.1 | はじめに |
1.2 | 電磁気学 | ||
2.1 | 渦電流とは | ||
2.2 | 表皮効果のイメージ | ||
2.3 | 表皮効果の深さ | ||
3.1 | 近接効果(事前の約束事) | ||
3.2 | 近接効果とは | ||
3.3 | 近接効果のイメージ | ||
3.4 | 近接効果が大きく現れる例 | ||
3.5 | 近接効果の例(ギャップ無トランス) | ||
3.6 | 電流の流れていない巻線でも損失 | ||
3.7 | 1ターンの違いによる損失 | ||
4.1 | 抵抗低減方法(リッツ線) | ||
4.2 | 抵抗低減方法(磁束の乱れ低減) | ||
5.1 | (設問) |
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