2. 誘導性負荷の場合 9.AC-DC コンバータ（整流回路）（ 1 ）

9. AC-DCコンバータ（整流回路）（1）

9. AC-DC Converter (Rectification Circuit) ( 1 )

講義内容 講義内容

1. 単相半波ダイオード整流回路 2. 誘導性負荷の場合

3. モード解析法による動作解析

AC-DCコンバータ

商用電源 100[V]

50/60[Hz]

AC-DC Converter

家電製品等

家電製品は基本的に 直流 で動作し，それらに内蔵されているバッテリなども

直流 であるため，家庭用コンセントからの 供給 ・ 充電 などを行う際は 交流 から 直流 に 変換 する必要がある．交流 から 直流 に 変換 することを 整流 と呼ぶ

単相半波ダイオード整流回路

T_s

T_ON T_OFF v_s

D

v_o R

i_o

正弦波の 負 の 電圧 が 0 となっている

v_s

i_o v_o

θ

θ

θ

ダイオードの電圧を含んだ場合

T_ON T_OFF

v_s

i_o

T_s

v_o

v_D

D

v_o= 0 v_s

D

v_o= v_s v_D = 0

v_s

v_D = v_s ON 時

OFF 時 i_o = 0 i_o= v_o / R

R

R

0

0

0

θ

θ

θ

誘導性負荷（平滑リアクトル）の場合

T_ON T_OFF 誘導性 負荷となったことで 0

ダイオードの ON期間 が増えている

0

0 _{π 2π}

v_s π+β

D

v_o

v_L

i_o

v_R

L

R v_D

v_s

v_o

v_D v_R (i_o)

v_L

※ オームの法則 より，i_o省略

θ_m

θ_m π π+β 2π

θ

θ

θ

モード解析法

モード解析法：波形からスイッチング回路の解析を行う一手法

複雑なスイッチング動作をする回路（周囲の回路のほとんど）の動きを見極める方法．

波形（シミュレーション，実験）を単発過渡現象に分解することで，

簡単な等価回路に落とし込んで動作を考える手法

一発ずつの過渡現象を表す等価回路は，さらに瞬時等価回路に分解して簡単になる。

これにより，簡単かつ明確に回路動作が見え，製品の故障原因解明や 新型回路の提案に大いに役立つ

※DC-DCコンバータの際に行ったON時とOFF時も一種のモード解析法である

モード解析法による動作解析：Mode.1

0 0

0 _2π

θ_m

π+β

v_s

v_o

v_D v_R (i_o)

v_L

π

① ② ③ ④ ⑤

Mode.1：0 < θ < θ_m

➢ D： 順バイアスにより，D = ON ．

➢ L： v_L= 0 になるまで平滑リアクトル(L)に エネルギ 充電 ．θ = θ_m時が充電エネルギ が最大なため，i_oが 最大 値となる．

➢ R：Lにより，電流の立ち上がりが遅れる．

D

v_o v_L

i_o

v_R L

R v_s

θ

θ

θ

モード解析法による動作解析：Mode.2

0 0

0 _2π

θ_m

π+β

v_s

v_o

v_D v_R (i_o)

v_L

π

① ② ③ ④ ⑤

Mode.2：θ_m < θ < π

➢ D： 順バイアスにより，D = ON ．

➢ L： v_L< 0 となり，充電 から 放電 に移行．

エネルギ放出により，i_oの傾きも変化

➢ R： i_oの向きの変化により，v_Rも変化．

D

v_o v_L

i_o

v_R L

R v_s

θ

θ

θ

モード解析法による動作解析：Mode.3

0 0

0 _2π

θ_m

π+β

v_s

v_o

v_D v_R (i_o)

v_L

π

① ② ③ ④ ⑤

Mode.3：π < θ < π+β

➢ D： 逆バイアスだが，Lが 電流源 として 動作し，導通し続けるため，D = ON ．

➢ L：エネルギがゼロになるまで 電流源 動作．

βはLとRの大きさによって変化（ 時定数 ）

➢ R： 電流が流れるため前のモードと同様．

D

v_o v_L

i_o

v_R L

R v_s

θ

θ

θ

モード解析法による動作解析：Mode.4

0 0

0 _2π

θ_m

π+β

v_s

v_o

v_D v_R (i_o)

v_L

π

① ② ③ ④ ⑤

Mode.4：θ = π+β

➢ D： i_o = 0 となり，導通しなくなったため，

ターンオフ ．さらに，逆バイアスによる

ブロッキングのため，開放 状態とみなせる．

➢ L： 充電エネルギが ゼロ となり，v_L = 0．

➢ R： 電流が流れなくなったため，v_R = 0 ．

v_s

D

L R v_D

θ

θ

θ

モード解析法による動作解析：Mode.5

0 0

0 _2π

θ_m

π+β

v_s

v_o

v_D v_R (i_o)

v_L

π

① ② ③ ④ ⑤

Mode.5：π+β < θ < 2π

➢ D： 逆バイアスによりブロッキングされ，

電源からのエネルギの供給が断たれている為，

v_S > 0 となるまで D = OFF ．

➢ L： 電流が流れないため前のモードと同様．

➢ R： 電流が流れないため前のモードと同様．

v_s

D

L R v_D

θ

θ

θ

モード解析法による動作解析

Mode.3

Mode.1 Mode.2

Mode.4,5

v_s

D

v_o v_L

i_o

v_R L

R

v_s

D

v_o v_L

i_o

v_R L

R

v_s

D

v_o v_L

i_o

v_R L

R v_s

D

L R v_D