いんばーた
直流の電力を、任意の周波数と大きさの交流の電力に変換する装置。電力用のスイッチ(IGBTやMOSFET)をブリッジの形につなぎ、PWMでオンとオフを切り替えて交流の電圧をつくる。モータの速さの制御、電気自動車の駆動、太陽光発電のパワーコンディショナ、無停電電源装置(UPS)などに使われる。論理回路で0と1を反転するインバータ(NOTゲート)とは別のものである。
やさしい解説で読む: パワー半導体とは? 電気自動車や家電で電力を変換するしくみ
「インバータ」は、5分野の25問の練習問題に出てきます(パワー半導体, パワーエレクトロニクス回路, 車載半導体と機能安全など)。
この用語の分野: パワーエレクトロニクス回路
単相のハーフブリッジは2個、フルブリッジは4個、三相のインバータは6個のスイッチでつくり、各スイッチには逆向きの電流を流すダイオードを並列に付けます。上下のスイッチが同時にオンすると直流電源が短絡するので、切り替えのときに両方をオフにするデッドタイムを設けます。ハイサイドのスイッチのゲートは、ブートストラップ回路や絶縁形のゲートドライバで駆動します。
正弦波PWMでは、出力したい正弦波と三角波の搬送波を比べてスイッチを切り替え、変調率で出力電圧の大きさを、信号波の周波数で出力の周波数を決めます。三相の正弦波PWMで変調率が1のとき、線間電圧の基本波の実効値は直流電圧の約0.61倍(600 Vなら約367 V)です。誘導電動機の駆動では、電圧と周波数の比を一定に保つV/f制御や、電流を磁束とトルクの成分に分けて制御するベクトル制御が使われます。
平滑コンデンサで直流の電圧を一定に保ち、スイッチで電圧のパルスをつくるものを電圧形インバータ、大きなインダクタで直流の電流を一定に保つものを電流形インバータといいます。現在のモータの駆動や電源では、ほとんどが電圧形です。直流の側にコンデンサがあるので、モータが発電機として働くと、戻ってきたエネルギーで直流の電圧が上がる点に注意が必要です。
正解：C. 逆回復電流がほとんどなく、スイッチング損失を減らせるため
ショットキーバリアダイオードは多数キャリアだけで動作するため、PN接合ダイオードのような少数キャリアの蓄積による逆回復電流がほとんどありません。Siではショットキー接合で高耐圧を得にくいのに対し、SiCなら600〜1700 V級も作れます。インバータやPFC回路の還流ダイオードに使うと、ダイオード自身の損失に加え、相手側スイッチのターンオン損失も大きく減らせます。
商用の交流をいったん直流に整流し、インバータで周波数と電圧を変えた交流に戻して、エアコンの圧縮機や洗濯機のモータを必要な速さで回しています。運転と停止を繰り返す方式に比べて、温度などを安定させながら消費電力を減らせます。
論理回路のインバータはNOTゲートのことで、入力の0と1を反転する、小さな信号を扱う回路です。電力変換のインバータは、直流を交流に変えて電力を送る装置で、名前が同じだけで別のものです。英語ではどちらも inverter と呼ぶので、文脈で区別します。
インバータは、パワー半導体を数kHz〜数十kHzでオン・オフし、パルス幅を変化させる(PWM)ことで、直流から任意の周波数・電圧の交流をつくる装置です。
パワーエレクトロニクスにおけるインバータの主な役割はどれか。インバータやPFC回路の還流ダイオードに使うと、ダイオード自身の損失に加え、相手側スイッチのターンオン損失も大きく減らせます。
SiCショットキーバリアダイオードが、インバータなどの還流ダイオードとして使われる主な利点はどれか。SiCデバイスはオン抵抗とスイッチング損失が小さく高温に強いため、EVのインバータ損失を減らせます。
電気自動車のインバータにSiCパワーデバイスを使う主な利点はどれか。三相インバータでは、U・V・Wの各相に上側と下側の2つのスイッチを直列に置いたレグが3組あり、合計6個のスイッチング素子(と、それぞれに並列の還流ダイオード)を使います。
三相モーターを駆動する一般的な三相インバータで使われるスイッチング素子の数はいくつか。半周期ごとに1回だけ切り替える方式は方形波インバータと呼ばれ、低次の高調波を多く含みます。
インバータの正弦波PWMで、スイッチのオンとオフを決める方法として、正しいものはどれか。Amazonの検索結果へのリンクです。Amazonのアソシエイトとして、半導体教室は適格販売により収入を得ています。
SiC(炭化ケイ素) IGBT パワー半導体 PWM(パルス幅変調) 正弦波PWM テール電流 ショットキーバリアダイオード オン抵抗 スイッチング損失 デッドタイム