パワーエレクトロニクス回路
遷移の間に失われる電力を、平均して電圧 × 電流の半分とみなす。電圧400 V、電流10 Aをスイッチするパワーデバイスで、ターンオンとターンオフの遷移時間がそれぞれ50 ns、スイッチング周波数が100 kHzのとき、スイッチング損失に最も近いものはどれか。
- A10 W
- B20 W
- C40 W
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正解：B. 20 W
1回の遷移で失われるエネルギーは (1/2) × V × I × t なので、1周期のターンオンとターンオフを合わせて (1/2) × 400 × 10 × (50 + 50) ns = 200 µJです。これに1秒あたりの回数(100 kHz)を掛けて、スイッチング損失は 200 µJ × 100,000 = 20 Wになります。スイッチング損失は周波数に比例するので、200 kHzにすると40 Wに増えます。遷移を速くできるSiCやGaNの素子や、ソフトスイッチングが、この損失を減らす手段になります。
- A. ターンオンかターンオフの片方だけを数えた値です。1周期には両方の遷移があります。
- B. 正しい。(1/2) × 400 × 10 × 100 ns × 100 kHz = 20 Wです。
- C. 遷移の間の電力を V × I/2 とせず、V × I のままにした値です。