電流連続モードとは

でんりゅうれんぞくもーど

DC-DCコンバータで、インダクタの電流が1周期の間に一度も0にならずに流れ続ける動作(CCM)。負荷が軽くなって電流の谷が0に届き、しばらく0のままになる動作を電流不連続モード(DCM)、ちょうど0に届く境界の動作を電流臨界モード(BCM)という。降圧チョッパの D × Vin などの簡単な変換比は電流連続モードで成り立ち、電流不連続モードでは出力電圧が負荷にも依存する。ダイオードで還流する降圧チョッパでは、境界の出力電流はインダクタ電流の脈動(山から谷まで)の半分である。

「電流連続モード」は、1分野の5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など)。

この用語の分野: パワーエレクトロニクス回路

電流連続モードの練習問題に挑戦

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力電圧として正しいものはどれか。

  1. A3 V
  2. B8 V
  3. C12.5 V
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正解:C. 12.5 V

理想的な昇圧チョッパでは、出力電圧は Vout = Vin/(1 − D) です。5 V ÷ (1 − 0.6) = 5 ÷ 0.4 = 12.5 Vになります。この式は、スイッチがオンの間にインダクタにかかる電圧 Vin と、オフの間にかかる電圧 (Vout − Vin) について、電圧と時間の積がつり合う Vin × D = (Vout − Vin) × (1 − D) から求められます。D × Vin の3 Vは、降圧チョッパの式です。

理想的な昇降圧チョッパ(反転形のバックブーストコンバータ)で、入力電圧12 V、デューティ比0.6のとき、電流連続モードでの出力電圧の大きさとして正しいものはどれか。

  1. A7.2 V
  2. B18 V
  3. C30 V
答えと解説を見る

正解:B. 18 V

反転形の昇降圧チョッパでは、スイッチがオンの間に入力からインダクタにエネルギーをため、オフの間にそのエネルギーをダイオードを通して出力に放出します。インダクタの電圧と時間の積のつり合い Vin × D = Vout × (1 − D) から、出力電圧の大きさは Vout = Vin × D/(1 − D) = 12 × 0.6/0.4 = 18 Vです。出力の極性は、入力と逆(グランドに対して負)になります。D < 0.5なら降圧、D > 0.5なら昇圧として働き、D = 0.5で入力と同じ大きさになります。

解説の中の「電流連続モード」

「電流連続モード」が出てくる問題(5問)

  1. 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力電圧として正しいものはどれか。
  2. 理想的な昇降圧チョッパ(反転形のバックブーストコンバータ)で、入力電圧12 V、デューティ比0.6のとき、電流連続モードでの出力電圧の大きさとして正しいものはどれか。
  3. 理想的な降圧チョッパで、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のとき、電流連続モードでのインダクタ電流の脈動(山から谷まで)として正しいものはどれか。
  4. DC-DCコンバータの電流連続モード(CCM)の説明として、正しいものはどれか。
  5. 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(ダイオードで還流するもの)で、負荷の電流を減らしていく。電流連続モードを保てる最小の出力電流(電流不連続モードとの境界)はどれか。

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