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まえがき
本書は理工学分野に携わる大学や工業高等専門学校の学生，高電圧に携わる技術者がパワーエレクトロニクスの基礎知識を得るための入門書として執筆された。本書で講義を行う先生方や受講する学生の利便性に配慮して，本書は大学や高専の講義と対応するように 13 章立てとした。1 回の講義が章 1 つに対応する。独学では 2 時間で章 1 つを学ぶイメージである。パワーエレクトロニク
スの諸動作の記載は，関連する基礎科目の諸法則との関係にも触れて，専門基礎から発展的に学習ができるようにした。またパワーエレクトロニクスを利用した回路の動作について，これらの動作を説明するモデルが理解できるように，数式と説明文の双方で記述した。パワーエレクトロニクスを利用した産業機器を学ぶ章では，実物を見たことがない人でもその用途と原理およびそれらの発展の歴史を容易に理解できるよう，イラスト，写真，年表などを掲載している。
理解度の確認やアクティブラーニングが可能なように，例題や演習，発展的学習も入れた。演習問題の解説においては，答えの導出過程も記述している。
我々は電気で動く家電などの機器に囲まれて生活している。その多くにはパワーエレクトロニクスの技術が使われている。パワーエレクトロニクスの技術
なしでは，明かりが欲しくても LED など多くの照明器具は使えなくなる。また，調理をしたくても電子レンジや電磁調理器が，暖房や冷房にエアコンが，交通では電気自動車やハイブリッドカーや電車などが，通信したくてもスマホの充電が，さらにパソコンを動かすことができなくなる。
電気エネルギーは他のエネルギーに比べて変換性に秀でている。エネルギー変換機器で，容易に光，熱，運動，化学など様々な形のエネルギーに短い時間で変えられる。このため我々の社会は電気をエネルギーインフラの中心に据えている。パワーエレクトロニクス技術は電気エネルギーインフラに欠かせない技術であり，電気の電圧変換，周波数変換，交流・直流変換など様々な段階で使われている。再生可能エネルギーである太陽光発電や風力発電は，パワーエmain :

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まえがき

レクトロニクスを利用した電気エネルギー変換が組み合わされることで，商用周波数の交流電力として活用できる。パワーエレクトロニクスの技術なしに低損失のエネルギー変換を実現するのは極めて困難であり，現代の我々の高度社
会を下支えしていることが理解できる。今後は，Society 5.0（ソサエティ 5.0）に象徴されるサイバー空間（仮想空間）とフィジカル空間（現実空間）を高度に融合させたシステムが進む社会へ移行していくとともに，パワーエレクトロニクスのデジタル化を進める動きは加速することとなる。パワーエレクトロニ
クス技術の利用は家電，通信，電気インフラだけではない。高電圧や特殊な繰
り返し波形の電気を利用する多くの産業機器にも使われる。医療分野ではレントゲン検査で用いられる X 線装置やがん治療に用いられる荷電粒子の加速器もパワーエレクトロニクスが作り出す高電圧で動かされている。将来の交通として船舶や飛行機のハイブリッドエンジンの開発が進められており，これらにおいてもパワーエレクトロニクスによるエネルギー変換がコア技術の 1 つと位置づけられている。このようにパワーエレクトロニクスを学ぶと，我々の社会を支えるパワーエレクトロニクスの仕組みだけでなく，それらを使った機器およびシステムについて学ぶことができ，電気エネルギーインフラ，パワーエレク
トロニクスを利用した産業機器，パワーエレクトロニクスで発生する波形の工学的な取り扱いなど多くのことが理解できるようになる。
本書で学ぶことで本分野への興味が高まり，また得た知識やスキルがこれからの時代，社会を切り開き生き抜く力の一助となれば筆者等の望外な喜びである。

著者一同main :

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目

次

1 章 パワーエレクトロニクスの概要 ………………………

1

1.1 暮らしの中のパワーエレクトロニクス ………………………………

1

1.2 パワーエレクトロニクスの目的：電力変換 …………………………

7

1.3 パワーエレクトロニクスの歴史 ……………………………………… 11
演習問題 ……………………………………………………………………… 14

2 章 パワーエレクトロニクスの電気回路理論 ……………

15

2.1 スイッチングによる制御 ……………………………………………… 15
2.1.1 オンとオフのスイッチング ……………………………………… 15
2.1.2 電流の平滑化 ……………………………………………………… 17
2.2 平均値と実効値 ………………………………………………………… 20
2.2.1 正弦波交流の平均値と実効値 …………………………………… 20
2.2.2 方形波波形の平均値と実効値 …………………………………… 21
2.3 ひずみ波形のフーリエ級数による表示 ……………………………… 22
2.4 電力 ……………………………………………………………………… 26
2.4.1 正弦波交流の電力 ………………………………………………… 26
2.4.2 ひずみ波の電力 …………………………………………………… 28
2.5 力率とひずみ率 ………………………………………………………… 28
2.5.1 力率 ………………………………………………………………… 28
2.5.2 ひずみ率 …………………………………………………………… 29
演習問題 ……………………………………………………………………… 31

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iv

目

次

3 章 電力変換の基礎とスイッチ ……………………………

iv

35

3.1 電力変換と効率 ………………………………………………………… 35
3.2 スイッチングによる電力変換 ………………………………………… 36
3.3 電力制御 ………………………………………………………………… 38
3.4 スイッチングによる電流経路の切り替え …………………………… 39
3.5 理想スイッチと実際のスイッチ ……………………………………… 42
演習問題 ……………………………………………………………………… 45

4 章 電力変換と半導体デバイス ……………………………

49

4.1 半導体とは ……………………………………………………………… 49
4.1.1 半導体の不純物とキャリヤ ……………………………………… 49
4.1.2 エネルギー準位の帯構造，不純物準位 ………………………… 50
4.1.3 半導体の蓄積状態，空乏状態および反転状態 ………………… 51
4.2 パワーデバイスに必要な特性 ………………………………………… 52
4.2.1 伝導度変調 ………………………………………………………… 52
4.2.2 半導体パワーデバイスの幾何構造 ……………………………… 53
4.3 ダイオード ……………………………………………………………… 53
4.3.1 ショットキーバリアダイオード（SBD） ……………………… 54
4.3.2 pn 接合ダイオード ………………………………………………… 55
4.3.3 pin ダイオード …………………………………………………… 56
4.3.4 pin ダイオードのスイッチング過渡特性 ……………………… 57
4.4 バイポーラトランジスタ ……………………………………………… 58
4.4.1 基本構造 …………………………………………………………… 58
4.4.2 定常特性 …………………………………………………………… 59
4.4.3 電力用バイポーラトランジスタの構造 ………………………… 60

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目

次

v

4.4.4 スイッチング過渡特性 …………………………………………… 61
4.5 電界効果トランジスタ ………………………………………………… 64
4.5.1 基本構造 …………………………………………………………… 64
4.5.2 定常特性 …………………………………………………………… 65
4.5.3 電力用 MOSFET の構造 ………………………………………… 66
4.5.4 スイッチング過渡特性 …………………………………………… 68
4.6 次世代パワーデバイス ………………………………………………… 71
4.6.1 バンドギャップが広いことの利点 ……………………………… 71
4.6.2 炭化ケイ素 SiC …………………………………………………… 72
4.6.3 その他のパワーデバイス材料の得失 …………………………… 72
演習問題 ……………………………………………………………………… 73

5 章 パワーエレクトロニクス用半導体デバイス …………

79

5.1 IGBT（insulated gate bipolar transistor） ……………………… 79
5.2 サイリスタ（thyristor） ……………………………………………… 81
5.3 TRIAC（triode for alternating current） ………………………… 85
5.4 GTO（gate turn-oﬀ thyristor）……………………………………… 86
5.5 パワーモジュール ……………………………………………………… 87
5.6 半制御スイッチと完全制御スイッチ ………………………………… 88
演習問題 ……………………………………………………………………… 89

6 章 直流–直流変換（チョッパ回路）………………………

93

6.1 直流–直流変換の仕組みと平滑化 …………………………………… 93
6.1.1 直流–直流変換の仕組み…………………………………………… 93
6.1.2 インダクタとキャパシタによる平滑化 ………………………… 94

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vi

目

次

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6.2 降圧チョッパ …………………………………………………………… 96
6.3 昇圧チョッパ …………………………………………………………… 100
6.4 昇降圧チョッパ ………………………………………………………… 103
6.5 デューティ比と入出力電圧特性 ……………………………………… 105
演習問題 ……………………………………………………………………… 106

7 章 高度な直流–直流変換 ………………………………… 109
7.1 双方向チョッパ回路 …………………………………………………… 110
7.2 フライバックコンバータ ……………………………………………… 111
7.2.1 フライバックコンバータの構成 ………………………………… 111
7.2.2 フライバックコンバータの動作 ………………………………… 112
7.2.3 スナバ回路 ………………………………………………………… 118
7.3 フォワードコンバータ ………………………………………………… 120
7.3.1 フォワードコンバータの構成 …………………………………… 120
7.3.2 フォワードコンバータの動作 …………………………………… 121
7.3.3 フォワードコンバータのリセット ……………………………… 121
7.4 高度な昇降圧チョッパ ………………………………………………… 124演習問題 ……………………………………………………………………… 126

8 章 直流–交流変換（インバータ）………………………… 133
8.1 単相インバータ ………………………………………………………… 133
8.1.1 ハーフブリッジインバータ ……………………………………… 133
8.1.2 フルブリッジインバータ ………………………………………… 135
8.2 三相インバータ ………………………………………………………… 140
演習問題 ……………………………………………………………………… 143

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vii

目

次

vii

9 章 波形制御によるインバータの高調波出力改善 ……… 145
9.1 インバータと高調波 …………………………………………………… 145
9.2 PWM インバータ（正弦波 PWM 制御）…………………………… 146
9.3 マルチレベルインバータ ……………………………………………… 149
演習問題 ……………………………………………………………………… 152

10 章 交流–直流変換（整流回路）………………………… 155
10.1 単相半波整流回路 …………………………………………………… 155
10.2 単相全波整流回路 …………………………………………………… 156
10.2.1 全波整流器………………………………………………………… 157
10.2.2 ブリッジ整流器…………………………………………………… 158
10.3 三相全波整流回路 …………………………………………………… 159
10.3.1 非制御半波整流回路……………………………………………… 160
10.3.2 全波三相整流……………………………………………………… 161
演習問題 ……………………………………………………………………… 163

11 章 交流–交流変換 ……………………………………… 165
11.1 交流–交流間接変換（交流–直流–交流変換） ……………………… 165
11.1.1 PFC 回路とインバータの組合わせ …………………………… 166
11.1.2 アクティブパワーデカップリング……………………………… 169
11.2 交流–交流直接変換（交流–交流変換）……………………………… 170
11.2.1 マトリックスコンバータ………………………………………… 170
11.2.2 電解コンデンサレスインバータ………………………………… 173
演習問題 ……………………………………………………………………… 174

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viii

目

次

viii

12 章 身近なパワーエレクトロニクス機器 ……………… 175
12.1 家電機器への応用 …………………………………………………… 175
12.1.1 照明器具：蛍光灯（インバータ方式）………………………… 175
12.1.2 照明器具：LED 照明 …………………………………………… 176
12.1.3 加熱調理器具：電磁調理器……………………………………… 176
12.1.4 加熱調理器具：電子レンジ……………………………………… 177
12.1.5 冷暖房器具：エアコン…………………………………………… 178
12.2 給電装置への応用 …………………………………………………… 178
12.2.1 AC アダプタ ……………………………………………………… 179
12.2.2 無停電電源装置…………………………………………………… 180
12.2.3 非接触給電………………………………………………………… 180
12.3 再生可能エネルギーと系統連系 …………………………………… 182
12.3.1 太陽光発電………………………………………………………… 182
12.3.2 系統連系と分散型電源…………………………………………… 183
12.4 医療機器応用 ………………………………………………………… 185
12.4.1 X 線照射装置用直流電源………………………………………… 185
12.4.2 加速器用直流電源………………………………………………… 186
12.5 高効率化するコンバータ・インバータ …………………………… 189
演習問題 ……………………………………………………………………… 191

13 章 パワーエレクトロニクスによる電動機制御 ……… 195
13.1 電動機制御 …………………………………………………………… 195
13.1.1 インバータによる電動機の省エネルギー運転………………… 195
13.1.2 スイッチトリラクタンスモータ………………………………… 197
13.2 輸送システム ………………………………………………………… 201

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ix

目

次

ix

13.2.1 自動車の電動化…………………………………………………… 201
13.2.2 電車，高速鉄道，船舶の電動化………………………………… 206
13.2.3 電動航空機………………………………………………………… 211

索

引………………………………………………………… 217

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1 章 パワーエレクトロニクスの概要「これからも世の中を変えていく，我々の生活に深く密着している技術とは」，と聞かれたらあなたはどのように答えるだろうか。過去の映画や小説の中において，未来に実現したらどんなにすばらしいだろうとの思いを込めて，宇宙船や地球上をタイヤ無しで動き回る乗り物や，腕時計で乗り物やロボットに命令を出したり通信したりする様子を描かれてきた。これらの実現に大きく貢献している技術の 1 つが，『パワーエレクトロニクス技術』といえる。例えば，ロボットというものを少し掘り下げた場合には，AI（人工知能）の技術や手や足をどのように動物に近いように動かすのかという制御系技術が必要で，柱の 1 つとなっている。それらを実装し実現する際に必要となるものがパワーエレクトロニクスである。この 1 章ではまず，日常生活でなかなか気がつく事のできない，
将来性のある技術を体感してほしい。更に本書を読みすすめると，あなたも世界を変えることのできる技術への理解が深まるだろう。世界の様々な分野における技術を一緒にパワエレエンジニアとしてイノベートしていこうではないか。

1.1 暮らしの中のパワーエレクトロニクス
パワーエレクトロニクスとは，1973 年に William. E. Newell によって図1–1 のように定義づけられた 1) 。それはエレクトロニクス，電力と制御の 3 つの分野の境界領域に存在する技術であるというものである。その歴史の詳細は

1.3 にて説明する。
パワーエレクトロニクスは世に出てから，我々の暮らしに不可欠な技術となっている。また，その多大なる恩恵を我々は日々享受している。本書を手にした
方々は，上記の『W. E. Newell』か『パワーエレクトロニクス』を検索エンジ

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1 章 パワーエレクトロニクスの概要

2

DE
VI

main :POWER
ELECTRONICS

CONTINUOS SAMPLEDDATACONTROL

図 1–1 William. E. Newell によるパワーエレクトロニクス技術の定義 1)

図 1–2

パワーエレクトロニクスと共創するイノベーション

ンによって調べたかも知れない。その際に使用したスマートフォンは，動力となる電力を，内蔵されている蓄電素子へ供給するための電源，第 5 世代（5 G）となった通信用電波の受発信回路や様々な回路に使用しているにもかかわらず
手のひらサイズに収まっている。まさにこれこそパワーエレクトロニクス技術
進化がもたらした文明の利器といえる。更に通信技術が 6 G，7 G と発展し続けるためには，パワーエレクトロニクス技術の発展（図 1–2）が必須となる。

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1.1 暮らしの中のパワーエレクトロニクス

33

それでは，スマートフォンを充電するために，何気なく使用している USB 電
源アダプタに搭載されている技術の概略を紹介する。そこには小型軽量化のた
めに 50 kHz を超えて動作する高周波スイッチング電源技術が使用されている。
これは，交流電力を直流電力へ変換するために用いるコンバータといわれる電気機器や，使用する負荷を制御するために直流電力を交流電力に変換するインバー
タといわれる電気機器に適用されている技術である。そのスイッチング電源技
術で最も利用されてきたものの 1 つがパルス幅変調（pulse width modulation：

PWM）という技術である。そのスイッチング速度と制御応答性を決定するキャリア周波数は長い間 20 kHz 以下（パルス幅は 50 μs 以下）が使用されてきたが，それを超える高い周波数がスマートフォン用 AC アダプタには使用されている。高い周波数を取り扱う方が高度な技術を搭載する必要があるため難しいとされる。
更に特徴的なパワーエレクトロニクス技術の適用は，この USB 電源アダプタの基本仕様にある。入力電圧は 240 Vac までを許容し，出力電圧は 5 Vdc という低電圧が出力できる回路となっている。電気回路の基本だが，240 Vac の交流を直流へ変換した場合（単純平滑した場合）は，300 Vdc を超える電圧となる
ことがわかる。その 300 Vdc を超える電圧から 5 Vdc まで 1/60 以下に降圧でき，同時にそのときの電流は 60 倍にもなる技術，それが高々 2.5 cm × 2.5 cm

× 3 cm の直方体に人知れず組み込まれていることはなんとも興味深いものであり，パワーエレクトロニクス技術の進化を感じられる身近な事例である。
その USB 電源アダプタの代表的なブロック図を図 1–3 に示す。この技術は，コンピュータやゲーム機器などでも幅広く使用されており，その製品サプライ
ヤーにより技術や品質レベルは大きく異なっている。スマートフォン以外にパワーエレクトロニクスが使用されているものは，エアーコンディショナ（エアコン），空気清浄機に始まり暗闇でも我々に光を与えてくれる蛍光灯や LED 照明，簡単に短時間でお湯ができる電気ポット，調理を身近にしてくれている電main :

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1 章 パワーエレクトロニクスの概要

4

スナバ回路付平滑
ブリッジ回路ノイズ
フィルタ

スイッチング回路

ゲートドライブ
制御・計測・
アラーム回路

絶縁素子

図 1–3

4

フライバッ
クトランス

平滑
フィルタ
回路

USB 電源アダプタ ブロック図

子レンジや電磁調理器，毎日使用する電動歯ブラシ機，美容機器の多機能ドラ
イヤーや美顔器，いつの間にか普及している電動アシスト自転車を実現させたのもこの技術によるものである。各家庭が 1 台以上所有しているであろう掃除機の中でも高速回転する機器には，素子や集積回路および制御ソフトウェアの進化とともに，100 kHz を超えるキャリア周波数が適用されて始めている。次章以降で，これらの技術について学んでもらうが，電気を入り切り（ON/OFFする）して制御するスイッチング技術は，とても重要で複雑なものである。それゆえ，適正に使用することにより，高効率すなわち発熱や騒音が少なく，高安定すなわちノイズや変動が少ない良質な電源を，小型かつ軽量で実現させることが可能となる。
このように，我々の生活が電気エネルギーを使用する限りにおいて，既にパ
ワーエレクトロニクス技術なしには成り立たないといえる。そんななかで，自動車・移動体の業界では 100 年に 1 度の大変革である技術改革が，電動化の流れである。

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1.1 暮らしの中のパワーエレクトロニクス

5

図 1–4

1879 年独シーメンスによる電車デモ走行（ベルリン工業
博にて）

図 1–5

5

1900 年独 Lohner-Porche 車
パリ万博にて（インホイール
モータによく似たモータ構造）

本書が発行される 2023 年時点では，HV（hybrid vehicle），EV（electricvehicle），FCV（fuel cell vehicle）という略号で称される電動化された自動車
が，日本を含むモータリゼーションが浸透した国々で，従来の化石燃料を燃焼させるエンジンを搭載した自動車と一緒に，道路を走行している状況になっている。電気をエネルギー源として走行する自動車が最新技術のように思われるかもしれない。しかし，自動車と位置付けられている乗り物の歴史は，蒸気機関を利用したものから始まり，次に発明されたものが電気動力の Horseless Carriageと呼ばれるもので，馬車の車輪上の位置に搭載されたエネルギー源となる鉛蓄電池から車輪を回すための直流ブラシモータへ電力を供給して走る電気自動車であった。この時期は産業革命の流れの中で工学的に革新的な発明が多くなされており，電動機，発電機，蓄電池が実用化されたことが発明の大きな理由となった。比較的現在の EV に近いものとなった最初の電車と車を図 1–42) と1–52) に示す。その後に生じたエネルギー革新によって固体化石燃料の石炭から液体の石油に推移した際に，原油から生成されるガソリンを燃料として回転動力を得ることのできるエンジンの量産化に成功したヘンリー・フォードによって今の自動車の原型が作られることになった。これ以降自動車を電動化するムーブmain :

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6

1 章 パワーエレクトロニクスの概要

6

メントは，日本を中心に 3 回ほど起こっており，現在は 4 度目となるが，それが世界中に広がったものである 3) 。これには，日本企業によって実用化されたリチウムイオン電池が大きな影響を与えた。残念ながら現時点におけるリチウ
ムイオン電池の製造量は，太陽光発電に使用する PV（photovoltaics）パネルの製造量とともに日本製を見ることは少なくなってしまった。そして電動化した自動車を駆動させるインバータや磁石モータにも多くのパワーエレクトロニ
クス技術が用いられている。

HV，EV，FCV の内部では，600 Vdc を超える電圧が用いられている。これは，比較的難しいとされる大型蓄電池を高電圧化し，そこに充電した電力を使用して，可能な限り損失を減らして高効率な駆動系を構築するためである。これら電源などの装置における電力効率低下の主原因である抵抗による損失 Ploss
は，回路に存在する抵抗成分の損失を Rloss ，そこに流れる電量を I とすると，Ploss = Rloss · I 2（1.1）となり電流の二乗に比例する。そのため，電流値と損失の抵抗成分とを小さくすることにより損失が減少し効率が向上する。同じ電力を使用する場合で高効率化するために，高い電圧を使用する理由の 1 つである。
技術革新は更に続き，スマートフォンに電気を供給する USB 電源アダプタを接続せずに，所定の場所に置いておくだけで充電できる機器もある。これはワイヤレス給電もしくは非接触給電といわれる技術であり，現在 HV や EVという電動化された自動車の蓄電池を，走行しながら充電できるところにまで開発が進められている。電動化された自動車は，自動運転という技術の展開をもたらし，これまで便利さの半面で車社会が抱えてきた負の問題の 1 つである交通事故をなくすための取組みへと発展している。移動する手段としては，
自動車以外に新幹線のような電車もある。電車は，自動車とは異なる発展の歴史をmain :

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1.2 パワーエレクトロニクスの目的：電力変換

77

もつ移動手段であり，この発展にもパワーエレクトロニクス技術が大きく関与し影響している。

18 世紀の産業革命時にワットによって発明された蒸気機関を駆動動力として発展してきた大規模輸送の仕組みが鉄道と大型の船であった。当初は，前出の石炭などの固体化石燃料をエネルギー源として蒸気を発生させ動力を得ておりパワーエレクトロニクス技術とは無関係であった。その後のエネルギー革新で
液体化石燃料をエネルギー源としたディーゼル機関という内燃機関が登場する。
それと同時に電動化も速やかに進み，特に鉄道は内燃機関と電動化とが共存して発展した移動および輸送の仕組みといえる。欧州では他の地域に先立ち，このディーゼル機関が他方式の燃焼機関よりも高効率で出力が得られるため，鉄道だけにとどまらず産業機械や自動車へも展開された。ディーゼル機関は現在でも多くの大型バスやトラックの駆動源となっており，山岳部などの電力インフラを整えることが難しい地域の鉄道の駆動源としても共存し続けている。一方，鉄道の中でパワーエレクトロニクス技術が大きく関与して発展したものが，高速鉄道網である。日本国内やアジア圏では新幹線と呼び，欧州では TGV などとして知られている。これら高速鉄道では三相の誘導機が多く使用されるため，これを高速・大電力で駆動させるために不可欠な技術となっている。

1.2 パワーエレクトロニクスの目的：電力変換
パワーエレクトロニクスの目的は電力変換であり，大きく分けると直流–直流変換（DC/DC），直流–交流変換（DC/AC），交流–直流変換（AC/DC），交流–
交流変換（AC/AC）の 4 つの変換がある。
パワーエレクトロニクス技術とは，電力を半導体素子と，CPU（central pro-cessing unit）の小型・高速および高集積化によるデジタル化技術を駆使することにより，効率よく電力利用できるようにすることである。パワーエレクトロニクス技術は，目に見えない電気エネルギーを取り扱う。そこで，理解するためによく使用されてきた手法がグラフを使用した波形で表現する方法であり，

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1 章 パワーエレクトロニクスの概要

8

8

本章ではそれによって説明を行う。その他には，ベクトル図などを使用することもあるが，ここではグラフにて説明を進める。
①

電圧
㸦V㸧
A. 100 Vac

141100 ∙ √2㸦V㸧

B. 1.5 Vdc

−20

−10

10
0

−141
① A.交流単相 100 Vac，50 Hz，B.破線 1.5 Vdc
②

③

④

⑤

20
時間
㸦ms㸧

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1.2 パワーエレクトロニクスの目的：電力変換

9
⑥

⑦

⑧

⑨

図 1–6

9

交流波形の変換例

それでは，我々の周りにある比較的容易に得られる電源を探してみる。最も身近にある電源は，コンセントから供給されている日本では主に 1ϕ100 Vac（単相 100 V 交流）の電気である。この電圧 100 Vac をグラフで表すと図 1–6 の A.となり，乾電池の直流 1.5 Vdc が B. である。更に，
2 以降に交流単相 100 Vacの電圧波形を元に，様々に変換した後の電圧波形を示す。
2 のグラフは，周波数を 50 Hz から 2 倍の 100 Hz へ変換した波形で，
3 は，1/2 の 25 Hz にした波形である。更に，
4 は，位相を 90◦ 進ませた波形。
5 は正の半波整流した
波形，
6 は負の半波整流波形，
7 は 90◦ 波形の発生を阻止した波形，
8 と
9は正方向に整流して平滑した波形である。ここで，波形が波を打ったようなグラフになっているが，直流電圧を一定に平滑しようとした際に生じるこの波のことをリップル波形と呼ぶ。同じ 50 Hz のリップル波形であるが，電流の流れ
るタイミングと時間的長さが異なるため同じ電圧波形とはならない。

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1 章 パワーエレクトロニクスの概要

10

⑩

10

⑪
100 Vdc−1.5 Vdc

1

1

⑫

⑬

⑭

⑮

図 1–7

直流波形の変換例

100 kVdc

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11

1.3 パワーエレクトロニクスの歴史

1110 と 
11 は，今度は，図 1–6 の B. 破線 1.5 Vdc を元に成型する。図 1–7 の 
12 
13 に示
電圧値が 100/1.5 倍であるものと，同じ電圧値で負の波形である。
14 は，パす波形は図 1.6 の A と同じ周波数・波高値の三角波や方形波である。
15 は高電圧短ルス振幅変調（pulse amplitude mobulation：PAM）の波形，

パルス波形（100 kVdc，数 ns など）の例である。
このように電力変換を電圧波形だけを眺めても様々に成型できることがわか
10 
11 のように一直線の同じ電圧波形でも，接続される負荷によっる。さらに て流れるタイミングや電流波形は異なる場合もある。
パワーエレクトロニクス技術を用いることで負荷の電気的特性と整合できればどんな波形でも成型することが理論的には可能である。次章以降で具体的にどのように実現していくのかに関して，回路トポロジと制御方法などを説明する。

1.3 パワーエレクトロニクスの歴史
パワーエレクトロニクス技術の進歩には，電力を制御するためのスイッチ素子，電子・電気回路技術，コンピュータのハードとソフトの発展と並行に行われてきたことはすでに述べているが，電子・電気回路技術の進歩には，それら回路動作を解析するツール（SPICE）の登場や設計し製造するまでを一貫して行えるようになったことも大きい。また，電子・電気回路とその制御を，ソフ
トウェア上でブロック化することで，多種多様に構成できるようになり，動作検証できるツールも今では主流となっている。
次に，スイッチ素子に目を向ける。ニコラ・テスラにより提唱され Westing-house 社が最初の供給者となった交流電力であるが，社会実装するためには，その電力供給が制御不能に陥った際に，それによる影響を最低限にするために，電力供給源から遮断する必要があった。そのために開発されたのが，歴代のスイッチ素子であるが，それらを論じるために真空放電管から始まる水銀整流器と真空管およびその応用に関する開発の歴史を表 1-1 に示す。水銀整流器の発明は 1882 年に Jumin と Meneuvrier とが水銀電弧の整流性を発見したことにmain :

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1 章 パワーエレクトロニクスの概要

12
表 1–1

水銀整流器の研究・開発・量産

12
年表 5)

1. 胎動時代
1650 年（慶応 3 年） Guericke：真空ポンプの発明
1675 年（延宝 3 年） Picard：真空放電の発見
1838 年（天保 9 年） Geissler：真空放電管の炸裂
1882 年（明治 15 年） Jemin，Meneuvrier：水銀電孤の整流性発見
1895 年（明治 28 年） W. C. Rontgen：X 線の発見
1900 年（明治 33 年） C. Hewitt：水銀整流器の発見
2. 揺籃時代
1905 年（明治 38 年） G. E 社，Westinghouse 社にて水銀整流器の作成
1911 年（明治 44 年） Schafer：鉄製水銀整流器の製作
1913 年（大正 2 年） Pensylvania 州（米）鉄道列車に水銀整流器を使用
3. 発展時代
1920 年（大正 9 年） 日本国内 ラジオ放送開始
1924 年（大正 13 年） 芝浦，日立，Siemens 社 鉄製水銀整流器の製作
1931 年（昭和 6 年） 鉄道省 水銀整流器の採用
1940 年（昭和 15 年） Hull：補給型熱陰極の発明
1940 年（昭和 15 年） Dallenbach：希有ガス入ポンプなし整流器の製作より始まり，1900 年頃に Hewitt により発明される。その約 5 年後に G.E 社と Westinghouse 社にて製作が開始される。また，真空管は，1904 年にフレミングにより低真空下における高温の熱電子放出用フィラメント陰極と，その電子を捕捉する陽板より構成される二極管を発明したことから始まる。引き続き1906 年に発展型となる，陰極と陽極の間にらせん状格子電極を配置した三極管がド・フォレストにより発明された。このド・フォレストは更に応用研究を進め三極管を利用した増幅器や発振回路を発明した。これら真空管発明のきっかけとなった発見にエジソン効果があった。更に，エジソンにより見出されたチャ
イルド・ラングミュアにより，1914 年に高真空技術が開発され，これまで低真空で不安定な動作であった真空管が安定して動作するようになり，本格的な真空管の産業応用へ進んでいった。
水銀整流器による国内にて最初に報告された半波整流動作に関し，図 1–8 に回路例と図 1–9 に波形を示す。
この実験回路には日本電池（株）の Glaitor（図 1–10）が使用された。ここ
で示した姿写真は大容量化したものであり，現在のサイラトロンの構造を有しmain :

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1.3 パワーエレクトロニクスの歴史

13

図 1–8

図 1–9

13

水銀整流器を用いた半波整流回路の例 6)水銀整流器を用いた半波整流回路による出力波形例 6)

図 1–10

日本電池社株式会社製の水銀整流器（Glaitor）の姿写真ている。軍事産業とラジオ放送などの発展とともに真空管は発展していき，パワーエレクトロニクス技術の基本となる電力スイッチングを行うデバイスとなる。図 1–9 に示す通り，セレン整流板，鉄もしくはアルミニウム板上に金属結晶 Se 膜を設けて，Cd などの対抗電極を蒸着した素子の発明により，半導体へとシフトしていくこととなる。
そして，大電力を扱う整流器（ダイオード）やトランジスタ（GTO，IGBT，

MOSFET）が開発されていき，真空管にとって代わっていくことになる。これらは後章にて説明する。

図 1–11 Se 整流板の構成 7)

main :

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14

1 章 パワーエレクトロニクスの概要

14

演 習 問 題パワーエレクトロニクスが「家庭内で役立っているところ」，「産業で役立っているところ」を挙げよ

演 習 解 答家庭
スマートフォン，USB 電源アダプタ，エアコン，電子レンジ，蛍光灯，IH コ
ンロその他多数

産業
自動車，電車，飛行機，ロボット等

引用・参考文献
1) W. E. Newell 1973 IEEE Power Electronics Specialists Conference 11th–13th
June 1973 ＠ Pasadena，CA，USA ’Power Electronics-Emerging from Limbo{Conference Keynote Address}
2) 小関隆章：キャパシタフォーラム大会講演会，‘電気鉄道の電気供給とパワーマネー
ジメント’，2015 年 5 月 15 日．
3) https://www.cev-pc.or.jp/kiso/history.html
4) 秦常造・久保俊彦：『水銀整流器』，修教社，1936．
5) 青木佐太郎：水銀整流器と放電管，株式会社電気日本，1946．
6) 後藤文雄：電解工業と水銀整流器．九州帝国大学工学彙報，福岡．Vol.11，No.7，
pp.299–30.，1936.
7) 後藤文雄：水銀整流器の実験的研究．九州帝国大学博士論文，1935．
8) セレン整流器の我が国における発展過程と現在の諸問題：山口次郎，「材料試験 第5 巻第 35 号」465–466，昭和 31 年 8 月．

main :

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2 章 パワーエレクトロニクスの
電気回路理論パワーエレクトロニクスでは直流と交流が同一の回路に混在する。このため直流・交流回路理論を用いて解析する。更にパワーエレクトロニクス機器の出力する波形は矩形波やパルス幅変調（pulse width modulation：PWM）波形となる。これを交流理論で解析する場合，フーリエ変換などを用いて正弦波へ分解する必要がある。さらにスイッチングでオン（ON）とオフ（OFF）を切り替える際は過渡現象としての取り扱い，オンとオフの時間を定量的に扱うためのデューティ比（デューティファクタとも呼ぶ）などで表現する必要がある。
そこで本章では，パワーエレクトロニクスの関係する回路現象を取り上げ，電気回路理論での取り扱いについて学ぶ。

2.1 スイッチングによる制御
2.1.1 オンとオフのスイッチング
パワーエレクトロニクスはスイッチをオンオフ（開閉）することが制御の基本となる。スイッチの開閉を繰り返すことによる制御をスイッチング（switching）と呼ぶ。スイッチングによって電力を調整する原理を図 2–1 に示す。回路では直流電源 E と負荷抵抗 R の間にスイッチ S がある。このスイッチを繰り返しオンとオフにする。負荷抵抗の両端の電圧はスイッチがオンになると E になり，オフのときは 0 になる。負荷抵抗に印加される電圧の平均値は，スイッチがオンの状態の時間 Ton と，オフの状態の時間 Toﬀ に応じて決まる。このとき，オン時間 Ton とオフ時間 Toﬀ をあわせた時間 T （= Ton + Toﬀ ）をスイッチング
周期（switching period）と呼ぶ。このスイッチング周期に対して十分に長い時間を考えたとき，電圧の平均値が負荷抵抗に印加される平均電圧 VR （meanmain :

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2 章 パワーエレクトロニクスの電気回路理論

16

16

R

図 2–1

スイッチングによる制御の原理 1)

voltage）となる。
負荷抵抗に印加される平均電圧 VR と，直流電源 E ，オン時間 Ton ，オフ時

間 Toﬀ の関係を考える。スイッチング周期のオン時間 T に対するオン時間 Ton
は，

DF =

Ton
Ton
=
T
Ton + Toﬀ

（2.1）

となる。このオンオフ時間比 DF をデューティファクタ（duty factor）もしく
はデューティ比と呼ぶ。デューティファクタ DF を用いると，平均電圧 VR は

VR = E ×

Ton= E × DFT

（2.2）

となる。例えば，直流電源 E の電圧を 200 V として，10 Ω の負荷抵抗 R に

40 V の平均電圧 VR を印加するとする。式（2.2）より，DF は 0.2（= 40/200）となる。すなわち，図 2–2 に示すように，デューティファクタを 0.2 としてスイッチングを行うことで，平均電圧 VR を 40 V に制御できることがわかる。すなわち 10 Ω の負荷抵抗には 4 A の平均電流が流れることになる。これはオン
時間だけ 20 A（= 200 V/10 Ω）の電流が負荷に流れることで生じる。このような回路は電圧を断続させるためチョッパ（chopper）と呼ばれる。
オン時間とオフ時間の和であるスイッチング周期 T の逆数をスイッチング周
波数（switching frequency）fS と呼ぶ。

fS =

1
T

（2.3）

一般のパワーエレクトロニクス回路では周期 T が数 ms 以下になるように高速main :

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2.1 スイッチングによる制御

17

17

on

R

R

R

R
ON

図 2–2

デューティファクタによる電圧制御理論 1)でスイッチングを行う。従って，スイッチング周波数 fS は数 100 Hz 以上である。もちろん，オン時間 Ton は周期 T より短くなる。

2.1.2 電流の平滑化
パワーエレクトロニクスを利用する場合，パワーエレクトロニクス回路から出力される電流を利用することが多い。しかし図 2–1 のような回路の場合，電流も電圧と同じように断続する。電流が断続しないようにするため平滑回路（smoothing circuit）が一般に用いられる。平滑回路にはインダクタ L，ダイ
オード D，およびキャパシタ C が用いられる。
インダクタ L とダイオード D による平滑回路を図 2–3 に示す。このときの負荷抵抗 R の両端の電圧 vR と負荷抵抗に流れる電流 iR の波形を図 2–4（a）に示す。

S

L

R

D
R

図 2–3

インダクタによる電圧の平滑化動作 1)

main :

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2 章 パワーエレクトロニクスの電気回路理論

18

on

off

L

R

R

R

R

S

18

D

図 2–4

S

D

R

L

S

D

R

S

D

インダクタとキャパシタによる平滑化 1)スイッチ S がオンの期間ではスイッチを流れる電流 iS は，E+ → L → R → E−と流れる。ただし，E+ と E− は電源のプラスとマイナス側を指す。このときダイオード D は逆極性なので導通していない。このときは iS = iL = iR である。スイッチ S をオンにすると，インダクタ L と抵抗 R の直列回路の過渡現象により，iS はゆっくり上昇する。スイッチがオンの期間はインダクタに電流が流れているので，インダクタには磁気エネルギー UL

UL =1
L · iL 22（2.4）

が蓄積されていく。
スイッチ S がオフになるとインダクタには電流が電源から供給されなくなる。
しかしインダクタにはエネルギーが蓄積されているため，電流がすぐには 0 にならず，徐々に減少していく。このときインダクタに蓄えられたエネルギーは，

L → R → D → L という経路を流れる電流となる。インダクタは蓄えたエネ
ルギーを放出し，それまで流れていた電流と同一方向に電流を流し続ける働きをする。すなわちインダクタが起電力となって電流を流し続けようとする。
インダクタは電流の変化が小さくなるような働きをする。そのためインダク
タに生じた起電力による電流は負荷抵抗 R に流れ，ダイオード D を導通させる。これを還流と呼ぶ。これによりスイッチのオフ期間には電流 iD が流れる。

このとき iD = iL = iR であり iS = 0 である。すなわち負荷抵抗 R に流れる電流 iR は iD と iS が交互に供給することになる。このように負荷抵抗 R に流れる

main :

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2.1 スイッチングによる制御

19

S

R

L

C

D
C

図 2–5

19

R

キャパシタを追加した場合の電圧の平滑化動作 1)

電流は断続しなくなり，図 2–4（a）に示すように変動する。このような周期的な変動をリップル（脈動：ripple）という。
このようなリップルを低下させるためには図 2–5 に示すようにキャパシタを回路に追加する。キャパシタは電流 iC が流れると，電圧 vC がゆっくり上昇していき，静電エネルギー UC

UC =1
C · vC22（2.5）

として蓄積される。これを充電という。キャパシタに電流が供給されなくなると，キャパシタに蓄積されたエネルギーが放電され，電圧 vC は徐々に減少する。このようにキャパシタは電圧の変化を抑える働きがあり，このため図 2–4（b）に示すように，電圧は平滑化され，電流の変動も小さくなる。キャパシタ

C の容量が十分に大きい場合，負荷の両端の電圧 vR はほぼ一定の VR となる。
このような働きをするキャパシタを平滑化コンデンサ（smoothing capacitor）という。
このようにスイッチングすることにより平均電圧を制御し，更に平滑化すればほぼ直流の電圧が得られる。平均電圧が制御できれば，オームの法則から平
均電流の制御も行えることになる。ただし負荷抵抗 R の大きさにより電圧や電流のリップルの大きさは変化する。このため平滑回路のインダクタ L やキャパ
シタ C は，負荷抵抗 R に応じて最適な値を選定する必要がある。

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20

2 章 パワーエレクトロニクスの電気回路理論

202.2 平均値と実効値
交流回路理論では正弦波交流の扱いを中心に学習した。パワーエレクトロニ
クスでは，前節のように方形波やリップルを含む波形など正弦波ではない波形を扱うことが多い。ここでは前節で学んだ平均値に実効値を加え，正弦波交流やそれ以外の波形の扱いを学習する。

2.2.1 正弦波交流の平均値と実効値
正弦波交流は時間で電圧や電流が変化する。このため大きさを数値で表す場
合，任意の瞬時の時間の大きさを表す瞬時値，最大値を表す波高値，その他には実効値と呼ばれる値が用いられる。図 2–6 にこの関係性を正弦波電流で示す。瞬時値 i(t) は時刻によって変化する。このため電流の代表的な大きさはわからない。交流電流の大きさは直流電流と同じ働きをする電流と対応して示される。同じ値の抵抗 R に直流電流 I と交流電流 i(t) を流したとき，抵抗で発生する熱エネルギーが等しければ，交流電流は直流電流と同じ働きをしたことになる。このときの直流電流 I の値を，交流電流 i(t) の実効値（eﬀective value：√root-mean-square value）という。正弦波交流の場合，実効値は波高値の 1/ 2倍となる。すなわち，正弦波電圧 V および電流 I とそれぞれの波高値 Vm および電流 Im の間には，以下のような関係がある。

1
1
V = √ Vm = 0.707Vm ，I = √ Im = 0.707Im
2
2

m

m

図 2–6

正弦波交流の波高値と実効値 1)（2.6）

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main :

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214

13 章 パワーエレクトロニクスによる電動機制御

214

空機電動化コンソーシアム（ÉCLAIR）」が産官学により組織されている 8) 。このように電動航空機の実現にはパワーエレクトロニクスを中心とした電気工学の発展が大きな鍵を握っている。

引用・参考文献
1) 南川明：エレクトロニクス産業と半導体の転換期が来ている，応用物理，Vol.91，
No.2，pp.104–108，2022.
2) 高木浩一，上田茂太，上野崇寿，郷冨夫，河野晋，三島裕樹，向川政治：電気機器，
理工図書，2020.

3) 大竹啓三：インバータによる最新電動機駆動制御，電気設備学会誌，Vol.30，No.4，
pp.283–286，2010.
4) 一般社団法人 日本電機工業会：「伸びゆくインバータ 2019〜2020 年版」パンフ
レット，2019.

5) 藤澤俊暢，崎元謙一：船舶・航空機における配電システム，電気学会誌，Vol.142，
No.12，pp.762–765，2022.
6) 大崎博之，寺尾悠：航空機のゼロエミッション化，国際交通安全学会誌，Vol.47，
No.2，pp.42–51，2022.
7) 大依仁：次世代旅客機と電動化システムの実現に向けて，精密工学会誌，Vol.87，
No.6，pp.505–508，2021.
8) JAXA「航空機電動化（ÉCLAIR）コンソーシアム」
https://www.aero.jaxa.jp/about/hub/eclair/
9) 古林徹：序文—BNCT の概要及び加速器 BNCT 治療システムへの移行—，RADIOISOTOPES，Vol.61，pp.1–12，2015.
10) 田中浩基，宮本俊典，小野公二：世界初のサイクロトロンを用いた BNCT シス
テムの実現，加速器，Vol.17，No.2，pp.81–85，2020.

11) 高木浩一，金沢誠司，猪原哲，上野崇寿，川崎敏之，高橋克幸：高電圧パルスパ
ワー工学，理工図書，2018.

12) 中村孝：SiC パワーデバイスを用いた超高電圧機器開発とその医療応用，応用物
理，Vol.90，No.12，pp.744–747，2021.

13) 国立環境研究所
https://tenbou.nies.go.jp/science/description/detail.php?id=2214) 内藤治夫：解説「スイッチトリラクタンスモータの課題と対策」，電気学会誌，128
巻 4 号，2008.

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215

引用・参考文献215

15) 竹内活徳，他：特集「高効率の同期リラクタンスモータ」，東芝レビュー Vol.70
No.5，2015.
16) 鈴木憲吏：注目モータの研究…永久磁石が不要なシンクロナスリラクタンスモータ，トランジスタ技術，215p，2023 年 3 月号．

17) 赤津観，真島誌穏：磁化反転モータに適用するステータ磁石の最適化，2022 年電気学会産業応用部門大会，講演 3–26，[III-176]

18) 一般社団法人次世代自動車振興センター
https://www.cev-pc.or.jp/kiso/hibrid1.html
19) トヨタ自動車
https://global.toyota/jp/detail/1666903
20) 出尾晋一，他：主機のパワーエレクトロニクスの現状，2022 年電気学会産業応用部門大学 4-S1-3，ppIV-7〜11，2022.

21) 野中賢一，他：小型ハイブリッド車両向け第 3 世代パワーコントロールユニット，
ケーヒン技法，Vol8，pp88–99，2019.

22) 近藤圭一郎，他：鉄道車両駆動によけるパワーエレクトロニクス技術，エレクロ
トにクス実装学会誌，Vol.20 No.7，2017.

23) 西芝電機カタログ ZM92-15.01-300
Smain :

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main :

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217

索

引
VVVF - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 208【英数字】

2 レベルインバータ - - - - - - - - - - - 149

X 線管 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 186
Zeta コンバータ - - - - - - - - - - - - - - 125

3 レベルインバータ - - - - - - - - - - - 150
6 ステップ駆動方式 - - - - - - - - - - - 141【あ】APU- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 212

アーク放電 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 206

CuK コンバータ - - - - - - - - - - - - - - 124

アクティブパワーデカップリング

EMC - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 146- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 169

EMI - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 145

アビオニクス - - - - - - - - - - - - - - - - - 211

EV - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5

インターリーブ方式 - - - - - - - - - - 168

FCV - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5

インダクタの電圧定常性 - - - - - - 115

HEECS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 189

インダクタの電流連続性 - - - - - - 113

HV - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5

インバータ - - - - - - - - - - 133，175，178

IGBT - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 79
Maxwell 応力 - - - - - - - - - - - - - - - - - 200【か】MEA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 212

回転子 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 195

NPC 方式 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 150

活性領域 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 60

PAM - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11

価電子帯 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 50

PFC 回路 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 166

完全制御スイッチ - - - - - - - - - - - - - 88

pin ダイオード - - - - - - - - - - - - - - - - 56

基本波 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 24

PWM- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 39，176

キャリア信号 - - - - - - - - - - - - - - - - - 147

PWM インバータ - - - - - - - - - - - - 146

キャリヤ蓄積効果 - - - - - - - - - - - - - 57

SEPIC コンバータ - - - - - - - - - - - - 125

空乏状態 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 51

SiC SBD - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 188

系統連系 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 183

USB 電源アダプタ - - - - - - - - - - - - - - 3

ゲートターンオフサイリスタ - - - 86main :

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218

索

引

218

降圧チョッパ - - - - - - - - - - - - - - - 39，96

真性半導体 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 49

降圧チョッパ回路 - - - - - - - - - - - - - 96

スイッチトリラクタンスモータ

高速回復ダイオード - - - - - - - - - - - 56

（SRM） - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 197

高調波 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 24，145

スイッチング - - - - - - - - - - - - - - - 15，36

高電子移動度トランジスタ - - - - - 72

スイッチング周期 - - - - - - - - - - - - - 15

交流–交流変換 - - - - - - - - - - - - - - 7，165

スイッチング周波数 - - - - - - - - - - - 16交流–直流変換 - - - - - - - - - - - - - - 7，155

スイッチング損失 - - - - - - - - - - - - - 44

国際航空運送協会（IATA） - - - 211

スナバ回路 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 118

コッククロフト・ウォルトン回路

スペクトル - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 25

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 186

すべり - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 195

固定子 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 195

線形領域 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 65
全波三相整流回路 - - - - - - - - - - - - 161【さ】

全波整流器 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 157

サージ電圧 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 120

総合力率 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 28

再生可能エネルギー - - - - - - - - - - 182

双方向スイッチ - - - - - - - - - - - - - - - 171

サイリスタ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 81

双方向制御サイリスタ - - - - - - - - - 85

三相インバータ - - - - - - - - - - - - - - - 140

双方向チョッパ回路 - - - - - - - - - - 110

三相全波整流回路 - - - - - - - - - 30，159

空飛ぶクルマ - - - - - - - - - - - - - - - - - 213

実効値 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 20

損失 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6

遮断 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 59
集中型電源 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 185【た】

瞬時電力 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 26

太陽光発電 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 182

昇圧チョッパ - - - - - - - - - - - - - - - - - 100

単相インバータ - - - - - - - - - - - - - - - 133

昇圧チョッパ回路 - - - - - - - - - - - - 100

単相半波整流回路 - - - - - - - - - - - - 155

昇降圧チョッパ - - - - - - - - - - - - - - - 103

蓄積状態 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 51

昇降圧チョッパ回路 - - - - - - - - - - 103

蓄電池 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 180

ショットキーバリアダイオード - 53

チャネル - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 52

main :

2023/12/21(8:36)219索

直流–交流変換 - - - - - - - - - - - - - - 7，133

引

219

トレンチゲート構造 - - - - - - - - - - - 67

直流–直流変換 - - - - - - - - - - - - - - - 7，93
チョッパ回路 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 93

【な】定電流制御 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 176

二次元電子ガス - - - - - - - - - - - - - - - - 72

デッドタイム - - - - - - - - - - - - - 140，149

ノイズ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 145

デューティーファクタ／デューティ
比 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16，37，93
デューティファクタ制御 - - - - - - - 93
電界効果トランジスタ - - - - - - - - - 64
電解コンデンサレスインバータ 173
電気自動車 - - - - - - - - - - - - - - - - - 5，202
電気推進船 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 209
電磁障害 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 145
電磁両立性 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 146
伝導帯 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 50
伝導度変調 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 52
電流不連続モード - - - - - - - - - - - - 118
電流臨界／電流境界モード - - - - 117
電流連続モード - - - - - - - - - - - - - - - 117
電力効率 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6
電力変換 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 35
同期シンクロナスリラクタンスモー
タ（SynRM） - - - - - - - - - - - - - - - - 199
導通損失 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43
トライアック - - - - - - - - - - - - - - - - - - 85
ドリフト領域 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 53
トルク - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 196【は】ハーフブリッジインバータ - - - - 133
バイポーラ波形制御 - - - - - - - - - - 149
バックコンバータ - - - - - - - - - - - - - 96
バックブーストコンバータ - - - - 103
パルス幅変調（PWM）制御 - - - 39
パワーコンディショナ - - - - - - - - 183
パワーコントロールユニット（PCU）- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 203
パワーモジュール - - - - - - - - - - - - - 87
半制御スイッチ - - - - - - - - - - - - - - - - 88
反転状態 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 51
半導体素子 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7，85
半波整流 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9
非制御半波整流回路 - - - - - - - - - - 160
非接触給電 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 180
皮相電力 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27
ブーストコンバータ - - - - - - - - - - 100
フーリエ級数 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 23
風力発電 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 183
フォワードコンバータ - - - - - - - - 120

main :

2023/12/21(8:36)

220

索

引

220

不純物準位 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 50

誘導性負荷 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 44

不純物半導体 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 49

誘導電動機 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 195

フライバックコンバータ - - - - - - 111

ユニポーラ波形制御 - - - - - - - - - - 149

フライバックトランス - - - - - - - - 112
フラッシュオーバ - - - - - - - - - - - - 206【ら】

ブリッジ整流器 - - - - - - - - - - - - - - - 158

力率 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27

フルブリッジインバータ - - - - - - 135

力率改善回路 - - - - - - - - - - - - - - - - - 166

プレーナゲート構造 - - - - - - - - - - - 67

力率角 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27

不連続モード制御 - - - - - - - - - - - - 167

リセット回路 - - - - - - - - - - - - - - - - - 122

分散型電源 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 185

リラクタンストルク - - - - - - - - - - 198

平滑化 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 95

臨界モード制御 - - - - - - - - - - - - - - - 167

平滑回路 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17

連続モード制御 - - - - - - - - - - - - - - - 167

平滑化コンデンサ - - - - - - - - - - - - - 19
平均電圧 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15ホウ素中性子捕捉療法 - - - - - - - - 187
飽和領域 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 60

【ま】マトリックスコンバータ - - - - - - 170
マルチレベルインバータ - - - - - - 149
脈動（リップル） - - - - - - - - - - 19，97
無効電力 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27
無停電電源装置 - - - - - - - - - - - - - - - 180
漏れインダクタンス - - - - - - - - - - 119【や】有効電力 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27

【わ】
ワイヤレス給電 - - - - - - - - - - - - - - - - - 6

編著
高木

著者
浩一（たかき こういち）（2章）

岩手大学

理工学部

電気電子通信コース

阿部
教授

南谷

靖史（みなみたに やすし）（7章，9章）
山形大学大学院理工学研究科 准教授

晃大（あべ こうだい）（11章）
東京都立産業技術高等専門学校 准教授

石山俊彦（いしやま としひこ）（6章，12章）
八戸工業大学 工学部 工学科 教授

上野崇寿（うえの たかひさ）（5，10章）
大分工業高等専門学校 電気電子工学科 准教授

川合勇輔（かわい ゆうすけ）（6章，8章）
一関工業高等専門学校 未来創造工学科 電気・電子系

菊池

祐介（きくち ゆうすけ）（12章，13章）
兵庫県立大学大学院工学研究科 電気物性工学専攻

助教

教授

民田

太一郎（たみだ たいちろう）（3章，12章）
大阪電気通信大学 工学部 電気電子工学科 教授

真島隆司（まじま たかし）（1章，12章，13章）
元東京農工大非常勤講師

向川

政治（むかいがわ せいじ）（4章）

岩手大学

理工学部

電気電子通信コース教授

パワーエレクトロニクス―基礎から応用―
2024年 1 月 28 日

初版第 1 刷発行

高
南
著
者 阿
石
上
川
菊
民
真
向
発 行 者 柴編

検印省略著

〒102‑0082
発 行 所

理工図書株式会社Ⓒ 高木 浩一，南谷 靖史 2024
印刷・製本 藤原印刷株式会社

木
谷
部
山
野
合
池
田
島
川
山

浩 一
靖 史
晃 大
俊 彦
崇 寿
勇 輔
祐 介
太一郎
隆 司
政 治
斐呂子

東京都千代田区一番町 27‑2
電話 03（3230）0221（代表）
FAX03（3262）8247
振替口座 00180‑3‑36087 番
http://www.rikohtosho.co.jp

Printed in Japan

ISBN978‑4‑8446‑0943‑8＊本書のコピー、スキャン、デジタル化等の無断複製は著作権法上の例外を除き禁じられています。本書を代行業者等の第三者に依頼してスキャン
やデジタル化することは、たとえ個人や家庭内の利用でも著作権法違反です。

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