パワーエレクトロニクス（第3回　整流回路）担当：古橋武 [email protected] 1 pp.4-5 図1.8　変圧器（トランス）の例一次側：100V 二次側：9V-0-9V 一次側二次側 v2 v1 v2, v3 [V] v1 [V] v3 150 100 50 0 -50 -100 -150 40 v2 v3 20 5 10 15 t [ms] 20 0 -20 5 10 15 t [ms] 20 -40 (a) 変圧器（トランス）の記号 (b) 一次側電圧波形図1.10 変圧器の入出力波形 (c) 二次側電圧波形 2 白線によりダイオードの向きを示す．アノードカソード pp.5-6 カソードアノード図1.11 ダイオードの例(100V, 1A) 図1.12 ダイオードの記号 I [A] I D V (a) ダイオードの特性測定 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 V [V] 0 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 (b) 電圧・電流特性 3 図1.13 ダイオードの特性例白線によりダイオードの向きを示す．アノードカソードカソードアノード図1.11 ダイオードの例(100V, 1A) 図1.12 ダイオードの記号 I [A] 約0.7[V] I D オン電圧 V (a) ダイオードの特性測定 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 V [V] 0 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 (b) 電圧・電流特性 4 図1.13 ダイオードの特性例 p.8 T D v1 ve RL vo v1 v1 (a) ダイオード導通時図1.18 半波整流回路の回路図図1.19 半波整流回路の動作モード v1 [V] vo [V] 15 10 5 0 -5 0 -10 -15 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 t [ms] (a) 変圧器の二次側の電圧v1の波形 (b) ダイオード非道通時 5 10 15 20 25 30 t [ms] (b) ダイオードにより整流された電圧波形図1.20 半波整流回路の電圧波形 5 T 電圧例 0.7[V] ＋－ D 10[V] －＋＋＋ v1 ve RL vo － 9.3[V] 10[V] v1 －－＋ (a) ダイオード導通時図1.18 半波整流回路の回路図 vo [V] 15 10 5 0 -5 0 -10 -15 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 (a) 変圧器の二次側の電圧v1の波形 (b) ダイオード非道通時図1.19 半波整流回路の動作モード v1 [V] t [ms] 0[V] v1 Vom 5 10 15 20 25 30 t [ms] (b) ダイオードにより整流された電圧波形図1.20 半波整流回路の電圧波形 6 Vom vo [V] 15 10 5 0 0 p.9 5 10 15 20 25 30 t [ms] 1 vo = 2π = ∫ 2π 0 vo dθ (b) ダイオードにより整流された電圧波形図1.20 半波整流回路の電圧波形 7 Vom vo [V] 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 t [ms] (b) ダイオードにより整流された電圧波形図1.20 半波整流回路の電圧波形 1 2π vo = vo dθ ∫ 2π 0 1 π = Vom sin θ dθ ∫ 2π 0 Vom π = sin θ dθ ∫ 2π 0 Vom π [− cosθ ]0 = 2π Vom (1 + 1) = 2π Vom = π (1.1) 8 p.10 T D1 v1 RL vo ve v2 D2 図1.23 全波整流回路の回路図それぞれ 10[V] とすると 0.7[V] ＋ D1 －＋ v1 i －＋ D1 ＋ 9.3[V] RL v1 RL － v2 v2 －－ D2 D2 ＋１9.3[V] (a) ダイオードD1導通時 (b) ダイオードD2導通時図1.24 全波整流回路の動作モード 9 T D1 v1 RL vo ve v2 D2 それぞれ 10[V] とすると図1.23 全波整流回路の回路図それぞれ 10[V] とすると 0.7[V] ＋ D1 －＋ v1 i －＋＋ 9.3[V] RL － v2 19.3[V] －＋－－D1 ＋＋ v1 － v2 ＋－－ D2 ＋１9.3[V] (a) ダイオードD1導通時 RL i 9.3[V] ＋D2 － 0.7[V] (b) ダイオードD2導通時図1.24 全波整流回路の動作モード 10 p.11 T D1 v1 RL vo ve v2 D2 図1.23 全波整流回路の回路図 v1 [V] 20 15 10 5 0 -5 0 -10 -15 -20 5 10 15 t [ms] 20 (a) 変圧器の二次側の電圧v1の波形 vo [V] 16 12 8 4 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 t [ms] (b) ダイオードにより整流された電圧voの波形 11 図1.25 全波整流回路の電圧波形 T D1 v1 RL vo ve v2 D2 図1.23 全波整流回路の回路図 v1 [V] 20 15 10 5 0 -5 0 -10 -15 -20 5 10 15 t [ms] 20 (a) 変圧器の二次側の電圧v1の波形 vo [V] 16 12 8 4 0 0 2 Vom 4 6 8 10 12 14 16 t [ms] (b) ダイオードにより整流された電圧voの波形 12 図1.25 全波整流回路の電圧波形 vo [V] 16 12 8 4 0 0 2 p.10 Vom 4 6 8 10 12 14 16 1 vo = 2π = (b) ダイオードにより整流された電圧voの波形 t [ms] 2π ∫0 図1.25 全波整流回路の電圧波形 vo dθ 13 vo [V] 16 12 8 4 0 0 2 p.10 Vom 4 6 8 10 12 14 16 (b) ダイオードにより整流された電圧voの波形 t [ms] 図1.25 全波整流回路の電圧波形 1 2π vo = vo dθ ∫ 0 2π 2π 1 ⎛ π = ⎜ ∫ 0 Vom sin θ dθ + ∫π (−Vom sin θ ) dθ ⎞⎟ ⎠ 2π ⎝ Vom π 2π [− cosθ ] 0 − [− cosθ ]π = 2π Vom (1 + 1 + 1 + 1) = 2π 2Vom = (1.2) { π } 14 PICマイコン(PIC12HV615)による正弦波生成回路，３タイプPWM回路 RS R1 6V P1A P1B VDD 510 PIC12F615 PIC12HV615 VR1 2kΩ A2 A1 A0 50 CS 1µF VSS A1 A0 = 00: 正弦波生成モード P1A, P1B = 0.25～2Hz正弦波出力, A2 = 周波数指令値信号入力 A1 A0 = 01: PWM制御可視化モード P1A = 0.5HzPWM出力, A2 = 電圧指令値 A1 A0 = 10: モータドライブモード P1A, P1B = 12.5kHzPWM出力, A2 = 電圧指令値 A1 A0 = 11 D級アンプモード P1A = 15kHzPWM出力, A2 = 音声信号入力（15kHzサンプリング） 15 RS ＋－ 6V －＋ RS 50 VR1 2kΩ P1A P1B 50 CS 1µF PIC12HV615 A2 A1 A0 （A1 A0 = 00の例）立体配線図 16 RS PIC12HV615 PIC12HV615 A1 A0 A1 A0 A1 A0 = 00: 正弦波生成モード A1 A0 = 01: PWM制御可視化モード RS RS PIC12HV615 PIC12HV615 A1 A0 A1 A0 A1 A0 = 10: モータドライブモード A1 A0 = 11 D級アンプモード 17 NI Signal Express Tektronix Edition ver1.1.0 正弦波発生の様子 6V R1 510 P1A P1B PIC12F615 PIC12HV615 R1 10k C1 vo vo 0.022µF VR1 2kΩ R1 6V P1A P1B 510 PIC12F615 PIC12HV615 500msec R1 10k C1 vo vo 0.022µF VR1 2kΩ 500msec 18 Step1 製作課題　全波整流回路以下の回路を作成せよ． LED1 R1 510 6V RS P1A P1B 50 PIC12F615 PIC16F615 PIC12HV615 R4 100 LED2 LED3 C1 LED5 LED４ 0.1µF CS A2 A1 A0 1µF VR1 2kΩ LED1 LED2 LED3 R4 100 LED1 LED2 LED3 LED5 LED４ v1 v1 > 0のとき，LED1, 3, 5オン R4 100 LED5 LED４ v1 v1 < 0のとき，LED2, 4, 5オン 19 Step1 レポート課題(1)　右の整流回路において電圧v1の正負のそれぞれの場合についてダイオードD1, D2, D3, D4 および抵抗RLの両端電圧の極性と値を図中に記せ．また電流iの流れる経路を示せ．ただし，電源電圧v1の値は＋10 [V], -10[V]とし，ダイオードのオン電圧は0.7 [V]とする． T D1 v1 D3 ve RL D4 D2 (a) ブリッジ整流回路図1.26 ダイオードによる整流回路例 D1 ＋ D1 D3 D3 － v1 RL － v1 RL ＋ D4 vo D4 D2 D2 (a) v1正のとき (b) v1負のとき図1.27 ブリッジ整流回路の動作モード 20 Step1 レポート課題(2)　次の整流回路の入出力電圧波形を描け．そして，出力電圧 voの平均値を求めよ．ただし，ダイオードは理想ダイオードとする． D1 D2 D1 D3 R v1 v2 v3 v1 = V sin ωt 2π ⎞ ⎛ v2 = V sin ⎜ ωt − ⎟ 3 ⎠ ⎝ 4π ⎞ ⎛ v3 = V sin ⎜ ωt − ⎟ 3 ⎠ ⎝ (a) ３電源整流回路 vo D2 Dn R v1 v2 vo vn v1 = V sin ωt 2π ⎞ ⎛ v2 = V sin ⎜ ωt − ⎟ n ⎝ ⎠ .... 2(n − 1)π ⎞ ⎛ vn = V sin ⎜ ωt − ⎟ n ⎝ ⎠ (b) n電源整流回路 21