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
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パワーエレクトロニクス (第3回 整流回路) 担当:古橋武