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10. AC-DCコンバータ(整流回路)(2)10. AC-DC Converter (Rectification Circuit) ( 2 )
1. 単相半波ダイオード整流回路(2)2. 単相全波ダイオード整流回路(R負荷)3. 単相全波ダイオード整流回路(LR負荷)
講義内容
還流ダイオードの追加 2
vSvo
iD1
iD2
iD1 iD2
vs
D1
vo
vL
io
vR
D2
L
R
iD1
iD2
インダクタンスLを大きく していくと徐々に出力電流が直流 に近づく D1: ON D2: ON
L:小
L:大
0
0
0
θ
θ
θ
Mode.1 3
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.1 θ0 < θ < θm
➢ D1:順バイアスにより,D1 = ON .➢ D2:逆バイアスにより,D2 = OFF .➢ L: vL = 0 になるまで平滑リアクトル(L)にエネルギ充電.θ = θm時が充電エネルギが最大なため,ioが最大値となる.
➢ R: ioの向きの変化により,vRも変化.(R:以降同様)
vs
D1
D2
L
R
ioiD1
vL
vR
vo
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
Mode.2 4
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.2 θm < θ < π
vs
D1
D2
L
R
ioiD1
vL
vR
vo
➢ D1:順バイアスにより,D1 = ON .➢ D2:逆バイアスにより,D2 = OFF .➢ L: vL < 0 となり,充電 から放電 に移行.エネルギ放出により,ioの傾きも変化.
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
Mode.3(Δ:微小期間) 5
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.3 π < θ < π+Δ
vs
D1
D2
L
R
ioiD1
vL
vR
vo
iD2
➢ D1:逆バイアスだが,Lが電流源 として動作し,導通し続ける為,D1 = ON .しかし,逆バイアスによる電流とLの電流の向きにより電流が打ち消し合うため,D1 = ターンオフ.➢ D2:逆バイアスにより,D2 = ターンオン.➢ L: エネルギがゼロになるまで電流源動作.
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
Mode.4 6
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.4 π+Δ < θ < 2π
➢ D1:D1 = OFF となり,電源を経由したループが形成されない為,Lに残ったエネルギで動作.➢ D2:電源からの供給は無いが,Lによる電荷の引き抜きが行われるため,D2 = ON .➢ L: エネルギがゼロになるまで電流源動作.(※ L と R の値によってはこの期間にエネルギがゼロ になる場合もある)
vs
D1
D2
L
R
io
vL
vR
vo
iD2
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
Mode.5 7
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.5 2π < θ < 2π+Δ
➢ D1:順バイアスにより,D1 = ON.➢ D2:逆バイアスだが,Lが電流源 として動作し,導通し続ける為,D2 = ON .しかし,逆バイアスによる電流とLの電流の向きにより電流が打ち消し合うため,D2 = ターンオフ.➢ L: エネルギがゼロになるまで電流源動作.
vs
D1
D2
L
R
io
vL
vR
vo
iD2
iD1
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
Mode.0 8
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.0 2π+Δ < θ < θ0
➢ D1:順バイアスにより,D1 = ON .➢ D2:逆バイアスにより,D2 = OFF .➢ L: この期間までLからの放電は行われるが,電源からの供給エネルギの方が大きいため,vLの傾き が変化している.➢ R: Lが放電 から充電 に切り替わるため,θ = θ0でvRが最小
vs
D1
L
R
io
vL
vR
vo
iD1
D2
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
モード解析法による動作解析 9
vs
D1
D2L
R
ioiD1
vL
vR
vs
D1
D2L
R
ioiD1
vL
vR
vs
D1
L
R
ioiD1
vL
vRiD2
vs
D1
L
R
io
vL
vRiD2
vs
D1
L
R
io
vL
vR
iD1
vs
D1
D2L
R
ioiD1
vL
vR
Mode.5 Mode.4 Mode.3
Mode.1 Mode.2
D2D2
Mode.0 充電
単相全波ダイオード整流回路:R負荷 10
単相全波ダイオード整流回路
vs voR
D1 D3
D2 D4
io
vS
vo
io
D1 , D4:
ON
D2 , D3:
ON
θ
θ
0
0
モード解析法による動作解析:R負荷 11
vs vo
R
D1 D3
D2 D4
io
Mode.1
0 < θ < π
Mode.1の期間においては,vs > 0 となり,D1 → R → D4 の経路で電流が流れる.
vs vo
R
D1 D3
D2 D4
io
Mode.2
π < θ < 2π
Mode.2の期間においては,vs < 0 となりD3 → R → D2 の経路で電流が流れる.負荷RにはMode.1と同じ向きから電流が流れるため,出力電圧は全波整流波形となる.
Mode:1 Mode:2
vS
vo
io
Mode.1 Mode.2
θ
π 2π
0
0
π
θ
単相全波ダイオード整流回路:LR負荷 12
⓪ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
vsvRR
D1 D3
D2 D4
io
vo
vLL
iD+
iDー
誘導性 負荷に変更
θ
θ
θ0
0
0π
θ0+ θm+
θ0ー θmー
2π
vs
vLvo vR
iD+ iD-
Mode.1 13
⓪ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
Mode.1 θ0+ < θ < θm+
➢ D1, D4 :順バイアスにより, D1, D4 = ON .➢ D2, D3 :逆バイアスにより, D2, D3 = OFF .➢ L: vL = 0 になるまでエネルギ充電.➢ R:iD+が最大 の時に,vRも最大.
R
D1 D3
D2 D4
io
L
vR
vL
iD+
vo
θ
θ
θ0
0
0π
θ0+ θm+
θ0ー θmー
2π
vs
vLvo vR
iD+ iD-
vs
Mode.2 14
⓪ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
Mode.2 θm+ < θ < π
➢ D1, D4 :順バイアスにより, D1, D4 = ON .➢ D2, D3 :逆バイアスにより, D2, D3 = OFF .➢ L: vL < 0 になりエネルギ放電(電流源).➢ R:エネルギが少なくなるのでiD+が小さくなる.
vs
R
D1 D3
D2 D4
io
L
vR
vL
iD+
vo
θ
θ
θ0
0
0π
θ0+ θm+
θ0ー θmー
2π
vs
vLvo vR
iD+ iD-
Mode.3 15
⓪ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
Mode.3 π < θ < π+Δ
vs
R
D1 D3
D2 D4
io
L
vR
vL
vo
iD+
➢ D1, D4 :Lの電流源動作による電流と電源からの電流の相殺により, D1, D4 = ターンオフ.➢ D2, D3 :順バイアスにより, D2, D3 = ターンオン.➢ L:充電 エネルギが切れるまで電流源動作.➢ R:出力電流 io が iD+ から iDーに変化.
iDー
θ
θ
θ0
0
0π
θ0+ θm+
θ0ー θmー
2π
vs
vLvo vR
iD+ iD-
Mode.4 16
⓪ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
Mode.4 π+Δ < θ < θ0-
R
D1 D3
D2 D4
io
L
vR
vL
vsvo
➢ D1, D4 :逆バイアスにより, D1, D4 = OFF.➢ D2, D3 :順バイアスにより, D2, D3 = ON.➢ L:vL = 0 になるまでエネルギ放電.➢ R:iDーが最小 の時に,vRも最小.
※以降,類似モード繰り返し
iDー
θ
θ
θ0
0
0π
θ0+ θm+
θ0ー θmー
2π
vs
vLvo vR
iD+ iD-