5. DC-DCコンバータ(1)
5. DC-DC Converter ( 1 )
講義内容
1.
スイッチング方式DC-DCコンバータ2.
降圧型DC-DCコンバータ3.
昇圧型DC-DCコンバータDC-DCコンバータ(リニア/スイッチングレギュレータ)
2直流安定化電源 DC-DCコンバータの
種類
リニア レギュレータ
スイッチング レギュレータ
シャント レギュレータ シリーズ レギュレータ
絶縁 型
非絶縁 型
降圧 のみ ・ 効率 低め ・ ノイズ 少ない
トランスで 絶縁 一般的 昇 / 降圧 可能
効率 高め
ノイズ の問題あり 小型化 が可能
スイッチング方式DC-DCコンバータの応用先
3スイッチング方式 DC-DCコンバータ
EV,PHV
MRI
VRM(Voltage Regulator Module) 段階に応じて 動作 を 切替
降圧型DC-DCコンバータ
4Vi
+
Vo Co
D
L
Q iL
ON ON
iL
iQ
iD vGS
直流の入力電圧を 矩形波 状に
変形しその波形を後段の LCフィルタ で 平滑 することで出力電圧を
入力電圧より 低く することが出来る
t
t
t
t
降圧型DC-DCコンバータ
5ON ON
iL
iQ
iD vGS Vi
+
Vo Co
L
Q iL
+
Vo Co
D
L iL
ON
OFF
t
t
t
t
降圧コンバータの式
6Vi
+
Vo Co
L Q iL
ON
dt t L di
V
V L ( )
o
i − =
+
Vo Co
D L iL
dt t L di
V L ( )
o = −
−
OFF
iLt ΔIL
Ton Toff Ts
右図の条件を代入
on L o
i T
L I V
V
=
−
off L
o T
L I
V
=
ΔILは定常状態において等しいので
L T T
V L
T V L
T V
V ) ( )
( i o on o off o s − on
=
− =
これらをまとめると
on on s
o o i
T T T
V V
V −
− =
より,
i o s
on
V V T
T =
昇圧型DC-DCコンバータ
7ON ON
iL
t
t iQ
t iD
t vGS
Vi
+
Vo Co
L D
Q iL
オン 時に インダクタ にエネルギを 蓄積 させ オフ 時にそのエネルギを 出力側に 放出 することで出力電圧を
入力電圧よりも 高く することが出来る
昇圧型DC-DCコンバータ
8ON ON
iL
iQ
iD vGS Vi
+
Vo Co
L
Q iL
ON
Vi
+
Vo Co
D L
iL
OFF
t
t
t
t
昇圧コンバータの式
9dt t L di
V L( )
i =
dt t L di
V
V L( )
o
i − = −
iL
t ΔIL
Ton Toff Ts
右図の条件を代入
on L
i T
L I
V
=
off L i
o T
L I V
V
=
−
ΔILは定常状態において 等しいので
on s
on i
i o
T T
T V
V V
= −
−
これらをまとめると
より,
o i s
off
V V T
T =
Vi
+
Vo Co
L
Q iL
Vi
+
Vo Co
L D iL
L
T T
V V
L T V V
L T
Vi on ( o i) off ( o − i)( s − on)
− =
=
ON OFF
デューティ比(通流率・時比率)
10Vi
+
Vo Co
D
L
Q iL
ON ON
t vGS
t
平均電圧 LCフィルタに入力される電圧
オンの時にしか入力と
出力が導通しないので r T
T =
s
on を 通流率
と呼ぶ 又は回路の各状態を
時間の比率で表すので D T
T =
s
on を 時比率
( デューティ比 )と呼ぶ
Vi