こうあつちょっぱ
スイッチ、ダイオード(または2つ目のスイッチ)、インダクタ、コンデンサで、入力より低い直流電圧をつくるDC-DCコンバータ。スイッチがオンの時間の割合(デューティ比)Dを変えて出力を調整し、電流連続モードの理想的な出力電圧は D × 入力電圧 になる。CPUやSoCのコアの電源、12 Vや5 Vからの各電圧の生成など、最も広く使われる非絶縁形のコンバータである。
「降圧チョッパ(バックコンバータ)」は、2分野の10問の練習問題に出てきます(パワーエレクトロニクス回路, パワー半導体など)。
この用語の分野: パワーエレクトロニクス回路
スイッチがオンの間、インダクタには (Vin − Vout) がかかって電流が増え、オフの間はダイオード(還流ダイオード)を通して −Vout がかかって電流が減ります。定常状態ではこの2つの電圧と時間の積がつり合うので、(Vin − Vout) × D = Vout × (1 − D) から Vout = D × Vin です。例えば12 VからD = 0.25で3 Vが得られます。
インダクタの電流の脈動は ΔI = (Vin − Vout) × D/(L × f) で、出力電流の20〜40%程度になるようにLを選ぶのが一つの目安です。出力電流が ΔI/2 より小さくなると、電流が0まで下がる電流不連続モードになります。出力電圧の脈動は、理想的なコンデンサでは ΔI/(8fC) で、実際にはこれにESRによる ΔI × ESR が加わります。
主な損失は、スイッチとダイオードの導通損失、スイッチング損失、インダクタの巻線と鉄心の損失です。出力電圧が低いとダイオードの順方向電圧の割合が大きいので、ダイオードをMOSFETに置き換える同期整流が標準的に使われます。12 Vから1 Vのように変換比が大きいとデューティ比は約8%と小さくなり、1 MHzではオンの時間が約83 nsしかないので、制御や素子の速さが課題になります。
デューティ比Dは0から1の間なので、理想的な出力電圧 D × Vin は入力電圧を超えません。出力は、入力を切り刻んだ電圧の平均値と考えることができます。入力より高い電圧が必要なときは、昇圧チョッパや昇降圧チョッパを使います。
ダイオードで還流する降圧チョッパは、負荷が軽くなると電流不連続モードになります。インダクタの電流が0の期間はスイッチの接続点の電圧が出力電圧と等しくなるので、その平均が上がり、出力電圧が D × Vin より高くなります。実際の電源では、フィードバック制御でデューティ比を下げて出力を一定に保ちます。
理想的な降圧チョッパの出力電圧は「入力電圧 × デューティ比」で、12 V × 0.25 = 3 V です。
理想的な降圧チョッパ(バックコンバータ)で、入力電圧12 V、スイッチのデューティ比0.25のときの出力電圧はいくらか。降圧チョッパでは、スイッチがオンの間に、入力からインダクタを通って出力へ電流が流れ、インダクタにエネルギーがたまります。
降圧チョッパ(バックコンバータ)で、スイッチがオフの間にインダクタの電流が流れる経路として、正しいものはどれか。降圧チョッパでは、オンの間に (Vin − Vout)、オフの間に −Vout がかかるので、(Vin − Vout) × D = Vout × (1 − D) から Vout = D × Vin が得られます。
降圧チョッパの理想的な出力電圧 Vout = D × Vin を導くときの根拠として、正しいものはどれか。同期整流の降圧チョッパでは、インダクタの電流が負の向きにも流れられるので、軽い負荷でも電流連続モードの動作を続けられます。
入力電圧12 V、出力電圧3 V、インダクタンス15 µH、スイッチング周波数300 kHzの理想的な降圧チョッパ(ダ…D × Vin の3 Vは、降圧チョッパの式です。
理想的な昇圧チョッパ(ブーストコンバータ)で、入力電圧5 V、スイッチのデューティ比0.6のとき、電流連続モードでの出…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。
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