電源整流・平滑回路...電源整流・平滑回路 電気・情報技術班 穗刈 治英...
TRANSCRIPT
電源整流・平滑回路
電気・情報技術班
穗刈 治英
平成17年度長岡技術科学大学技術職員専門別研修
電子回路
直流電源
直流電源
・一次電池 :乾電池、アルカリ電池など
・二次電池 : Ni-Cd電池、Ni-MH電池、鉛蓄電池など
寿命、価格、充電の手間などに問題あり
商用交流電源 ⇒ 変圧 ⇒ 整流 ⇒ 平滑(50Hz, 60Hz)
直流電源
直流と交流
直流 (DC : Direct Current)
時間が経過しても電圧(電流)が一定
交流 (AC : Alternating Current)
時間の経過とともに電圧(電流)が変化
t
V(I)
t
E(I)
交流電圧について正弦交流電圧の表現方法
( )rad : sin xxx0 π 2π 3π 4π 5π 6π
1
0
-1
T
Vm
-Vm
0
1秒秒秒秒
( )
Tf
T
f
f
V
tv
m
1
2
=
= πω
: 時刻時刻時刻時刻tにおける瞬時値における瞬時値における瞬時値における瞬時値
: 振幅(最大値)振幅(最大値)振幅(最大値)振幅(最大値)
: 角周波数角周波数角周波数角周波数
: 周波数周波数周波数周波数
: 周期周期周期周期
( ) tVtv m ωsin=
( ) ( )0sin φω += tVtv m
正弦交流電圧の一般表現
Vm
Vm/2
Vm
0
0
0φ :初期位相
t
t
0
0
t=0 で v(t)=0
sinφ0=0 からφ0=0
( ) tVtv m ωsin=
t=0 で v(t)= Vm/2
sinφ0=1/2からφ0=π/6
( ) ( )6sin πω += tVtv m
( ) tVtv m ωsin=
(a) 最大値
mV
正弦交流電圧の諸量
Vm
t
v(t)
T
(b) 平均値
( )∫=T
a dttvT
V
0
1
( )∫=2
0 2
1 T
a dttvT
V ( )TffT 1 ,2 2 === πωωπ
mmma VVtdtVV 637.0 2
sin
0 ≈== ∫
ωπ
πω
πω
v(t)を1周期にわたり平均して求める
正弦交流電圧は対称性を有する⇒ 1周期にわたり積分すると0
半周期の積分により求める
平均値は直流電圧と等価
Vm0.637Vm
00
T/2 T
(c) 実効値(RMS : Root Mean Square)
( ){ }∫=T
e dttvT
V
0
21
( ) mmme VVdttVV 707.02
1sin
2
2
0
2 ≈== ∫ωπ
ωπω
{v(t)}2を1周期にわたり平均し、その平方根をとり求める
( )TffT 1 ,2 2 === πωωπ を代入
Vm0.707Vm
00
T/2 T
Vm2
実効値は直流電圧と等価な電力を供給
( ) tVtv e ωsin 2=
( ) tVtv m ωsin=
(d) 実効値による正弦交流電圧の表現
me VV2
1= より
通常、交流電圧を表すときは実効値を用いる
商用電源でAC100Vというが、これは実効値であって最大141Vの電圧を有しているので、注意が必要
ダイオード(Diode : Di Electrode)
整流回路
アノード(A) カソード(K)
+ -
- +×
電流が流れる
電流が流れない
ダイオードの電圧-電流特性
+ー E
I+
0
半波整流回路
正の半周期:電流が流れる
負の半周期:電流が流れない
正
負 負 負
正 正
+
ー+
ー
正 正 正
vo
vo
入力電圧
出力電圧
全波整流回路
(a) センタータップ形
vo+
ー+
ー
+
ー+
ー
D1
D2
正の半周期:D1が順方向( D2は逆方向)となり電流が流れる
負の半周期:D2が順方向( D1は逆方向)となり電流が流れる
正 正 正
負 負 負
負 負 負正 正 正
入力電圧
出力電圧
vo
(b) ブリッジ形
正の半周期:D1 , D3が順方向( D2 , D4は逆方向)となり電流が流れる
負の半周期:D2 , D4が順方向( D1 , D3は逆方向)となり電流が流れる
正 正 正
負 負 負
負 負 負正 正 正
入力電圧
出力電圧
vo
+
ー+
ー
D2
D1
D4D3
vo
センタータップ形 ブリッジ形
トランスの巻線 2 1
ダイオードの数 2 4
ダイオードの逆耐圧RMS22 V RMS2V
(c) センタータップ形とブリッジ形の比較
vo+
ー+
ー
+
ー+
ー
D1
D2
+
ー+
ー
D2
D1
D4D3
vo
1,350円 760円
60円 120円
平滑回路
(a) チョークインプット形
整
流
回路
L
RLvo
L : チョークコイル(インダクタンス)
ω L=2πf L (Ω)
直流を通しやすく、交流を通しにくい
直列に挿入することにより、交流成分を阻止する
チョークコイルは高価、重い
(b) コンデンサインプット形
整
流
回路
RLvoC
充電 放電
vo
vo
半波整流回路
全波整流回路
コンデンサ C を並列に挿入し整流回路から C への充電、C から負荷抵抗 RL による放電
により、平滑を行う
・整流回路側の内部抵抗・コンデンサ C
・負荷抵抗 RLに影響を受ける
直流電圧
リプル
リプル含有率= ×100 (%)リプル電圧(実効値)
直流電圧
(c) リプル含有率
実用上は下図を使用
RS : 電源側内部抵抗ω= 2πf f : リプル周波数C : コンデンサの容量RL : 負荷抵抗
製作実習で使用RS : 電源トランスの 2次側内部抵抗
1.4Ω : 0-6V間2.8Ω : 0-6V間
RL : 27Ω
ブリッジ整流、リプル含有率1%、 RS / RL=1.4/27≒1/20
ωC RL ≒50~60 FΩ⇒ C≒3000~3600μF
整流・平滑回路波形例
整流回路入力電圧 : 6V , 負荷抵抗RL : 54Ω
半波整流回路
全波整流回路
コンデンサなし 100μF 470μF 2200μF
コンデンサなし 100μF 470μF 2200μF