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電験２種過去問【2018年機械 問3】

2022年8月23日

【パワーエレクトロニクス】チョッパ回路の動作《空所問題》

　次の文章は、チョッパ回路に関する記述である。文中の\fbox{空所欄}に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。
　図１は、\fbox{（１）}チョッパの回路図である。平滑コンデンサCの静電容量は十分に大きく、出力電圧V_{out}及び出力電流I_{out}のリプルは無視できるものとする。図２，３は、定常状態におけるインダクタの電圧v_{L}及び電流i_{L}の波形であり、スイッチSがオンの期間をT_{on}、オフの期間をT_{off}とする。
　図２は出力電流I_{out}が大きく、インダクタ電流i_{L}が常に正の場合で、電流連続モードと呼び、このときの出力電圧が、V_{out}=\fbox{（２）}となることは、よく知られている。ここで、デューティ比\displaystyle D=\frac{T_{on}}{T_{on}+T_{off}}を用いると、V_{out}=\fbox{（３）}V_{in}と表すこともできる。
　一方、出力電流I_{out}を低減すると、図３のようにインダクタ電流i_{L}に零となる期間が現れる。図３の場合を電流断続モード（電流不連続モード）と呼ぶ。定常状態では、インダクタ電圧v_{L}の１周期の平均値は常に\fbox{（４）}でなければならない。電流連続モードと電流断続モードとスイッチSのゲート信号が同じであれば、V_{out}は\fbox{（５）}なる。

［問３の解答群］

\small{\begin{array}{ccc} (ｲ)&昇降圧&(ﾛ)&正&(ﾊ)&\displaystyle\frac{T_{on}}{T_{off}}V_{in}\\ (ﾆ)&降圧&(ﾎ)&両者で等しく&(ﾍ)&\displaystyle\frac{T_{on}+T_{off}}{T_{off}}V_{in}\\ (ﾄ)&負&(ﾁ)&D&(ﾘ)&電流断続モードの方が高く\\ (ﾇ)&\displaystyle\frac{T_{on}}{T_{on}+T_{off}}V_{in}&(ﾙ)&1-D&(ｦ)&\displaystyle\frac{D}{1-D}\\ (ﾜ)&零&(ｶ)&昇圧&(ﾖ)&電流連続モードの方が高く\\ \end{array}}

解答と解説はこちら

解答

\small{\begin{array}{cc} \hline(1)&(ｲ)&昇降圧\\ \hline(2)&(ﾊ)&\displaystyle\frac{T_{on}}{T_{off}}V_{in}\\ \hline(3)&(ｦ)&\displaystyle\frac{D}{1-D}\\ \hline(4)&(ﾜ)&零\\ \hline(5)&(ﾘ)&電流断続モードの方が高く\\ \hline\end{array}}

解説

　図１は、\fbox{(ｲ)昇降圧}チョッパの回路図である。平滑コンデンサCの静電容量は十分に大きく、出力電圧V_{out}及び出力電流I_{out}のリプルは無視できるものとする。図２，３は、定常状態におけるインダクタの電圧v_{L}及び電流i_{L}の波形であり、スイッチSがオンの期間をT_{on}、オフの期間をT_{off}とする。
　図２は出力電流I_{out}が大きく、インダクタ電流i_{L}が常に正の場合で、電流連続モードと呼び、このときの出力電圧が、V_{out}=(ﾊ)\displaystyle\frac{T_{on}}{T_{off}}V_{in}となることは、よく知られている。ここで、デューティ比\displaystyle D=\frac{T_{on}}{T_{on}+T_{off}}を用いると、V_{out}=(ｦ)\displaystyle\frac{D}{1-D}V_{in}と表すこともできる。
　一方、出力電流I_{out}を低減すると、図３のようにインダクタ電流i_{L}に零となる期間が現れる。図３の場合を電流断続モード（電流不連続モード）と呼ぶ。定常状態では、インダクタ電圧v_{L}の１周期の平均値は常に\fbox{(ﾜ)零}でなければならない。電流連続モードと電流断続モードとスイッチSのゲート信号が同じであれば、V_{out}は\fbox{(ﾘ)電流断続モードの方が高く}なる。

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Posted by ちゅん