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150 100
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capac i t ance: C [nFJ
30 20
Snubber
スナバ・ インダクタンスとスナパ・
キャパシタンスの拘束条件
[ι=5川10=5同]
図3
-
1 6第3章 フォワードコンパータにおけるし Cスナパの設計
の手}II買で準最適化されたスナパ
・ キャパシタンスに対し、 最大コレクタ電流 Jcmaxが最もノJ，さいものである。 その値は、 例1の場合におよそ130μH、 例2 の場合はおよそ80μHとなる。
3. 3 実験結果と検討
本節では、 前節で述べた手順でLCスナパを設計し、 フォワードコンパータ についてその有効性を確認する。 LCスナバを採用する本来の目的がスイッチ ング周波数の高周波化にあるため、 特にスイッチング周波数を1MHzとし、 ス イッチ素子にはMOSFETを用いることにする。
スイッチング周波数が、 前節で用いた値の20倍になっているので、 大まかに 言って、 LCスナパを構成する素子の値を1/20すれば、 前節と同様の条件で動 作する。 製作したトランスの漏れインダクタンスの値が前節の例2に相当した
ので、
50kHzで、の最適値の1/20を取って、 lMHzで、の設計値としてスナバ・
キャノてシタンスはlnF， スナノて・ インダクタンスは4μHとした。
試作した1MHzフォワードコンパータの動作波形を図3 -
1
7に示す。 LC スナパの場合、 製作の都合上、 実験で用いたスナパ・ インダクタンスは4.6μH であった。 比較のため、 従来のRCスナパを付加した場合の波形をあわせて示 す。 スイッチンク*周波数が1MHzで、あるため、 RCスナパの最適設計値では損 失が増大し、 非常に大きな電力定格の抵抗を用いる必要があった。 これを避け るため、 実験では、 実用的な観点からRCスナパの値を決定したため、 サージ 電圧を完全に抑制することはできなかった。 実験の場合でも、 RCスナバの抵抗には12W定格のものが必要であった。 次に、 スナバのサージ抑制効果と効率
改善についてRCスナパと比較した。 その結果を図3 -
1 8
図3 -1
9に示 す。 サージ抑制， 効キ改善ともにLCスナパの方が有効に動作していることが
-109-。
第3章 フォワードコンパータにおけるしCスナパの設計
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lc
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J\.WJ/ん二 一 : 一111μ一一一;
: Î A/div : 20V/div: 200ns/div
(a) R
Cスナパ(R=100[Q]，C二470 [pF]，ら=5.0 [A])200ns/div
(b) L
Cスナパ(L二4.6 [μH]， C二1 [nF]，ら=5.0 [A])図3
-
1 7 スナバを付加したlMHzフォワードコンバータの動作波形日間日o [V]九 二1 [向];
月=2，LT=60[μH]，L
s=23 [μH]， C
rr22 [μF]; I
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第3章 フォワードコンパータにおけるLCスナパの設計
一←
LC Snubber
-←
RC Snubber
Î 2 3 4 5 6
Output Current: 10 [A]
図3-18 LCスナバのサージ抑制効果
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第3章 フォワードコンパータにおけるL Cスナパの設計
-←LC Snubber ートRC Snubber
2 3 4 5 6
Output Current: Io[A]
図3-19 LCスナパによる効ネ改善
第3章 フォワードコンバータにおけるL Cスナパの設計
わかる。 特に効ネは、 RCスナパに比べ、
10%近く改善されている。
以上の実験結果から、 RCスナパに対するLCスナパの優位性、 特に効本に 関する優位性、 が確認された。
3.
4第3章の結論
LCスナノてをイ寸力日したフォワードコンノてータについて、 スイッチングトラン ジスタのエネルギー損失を評価し、 このエネルギー損失を最小にするようなL Cスナバの設計について議論した。 以上の議論をまとめると次のようになる。
(i)
トランジスタのエネルギー損失は、 ターンオフ時の電圧変化に依存し、動作モードの境界で最小となる。
(ji)この動作モードの境界は、 スナパ・ キャパシタンスと出力電流の影響を 受ける。 従って、 出力電流の全範囲にわたってトランジスタのエネルギ ー損失を最小にするようなスナパ・ キャパシタンスは存在せず、 これに 近い準最適なスナパ・ キャパシタンスが得られる。
(iii)トランジスタのエネルギー損失の正規化表現を導入することにより、 準 最適なスナバ・ キャパシタンスが得られた。 スナパ・ キャパシタンスが 与えられた場合、 最適なスナパ・ インダクタンスはスナパの共振特性か ら決定される。
さらに、
lMHzで、動作するフォワードコンパータを試作し、
LCスナバを付加した場合と従来のRCスナパの場合とを比較した。 電圧サージ， 効率の点で、
LCスナバの優位性が確認できた。