制御工学の基礎
スイッチング周波数500 kHzの降圧DC-DCコンバータで、出力電圧のフィードバックループを設計する。ゲイン交差周波数の選び方の目安として正しいものはどれか。
- Aスイッチング周波数の10倍(5 MHz)以上に選び、負荷の急変にすばやく応じられるようにする
- Bスイッチング周波数と同じ500 kHzに選ぶと、ループがスイッチングに同期して、出力電圧のリプルを最もよく抑えられる
- Cスイッチング周波数より十分低く、例えばその1/10〜1/5(50〜100 kHz)程度以下に選ぶ
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正解：C. スイッチング周波数より十分低く、例えばその1/10〜1/5(50〜100 kHz)程度以下に選ぶ
スイッチングするコンバータは、1周期に1回しかデューティ比を変えられない、一種のサンプリングを含む系です。ゲイン交差周波数をスイッチング周波数に近づけると、この遅れやリプルの影響で位相余裕が失われるため、スイッチング周波数の1/10〜1/5程度以下、この例では50〜100 kHz程度以下に選ぶのが目安です。その範囲で交差周波数を高くするほど、負荷の急変に対する出力電圧の変動は小さくなります。出力のLCフィルタは位相が最大180°遅れる二次の共振をもつので、位相補償で位相余裕を確保します。
- A. スイッチング周波数より高い周波数では、デューティ比を変えられないので制御できません。
- B. スイッチング周波数では、リプルの成分がループに入り込み、安定な制御ができません。
- C. 正しい。サンプリングによる遅れとリプルの影響を避けるためです。