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vE vo
+ C2 47µF
L 1.5mH
D vo 510
Tr 2SA950
RB
vE 510
R5
6V LED4
vo [V]
t [ms] 0 2
6 4 10
(4.26) ≤≤
=
δ
δ Eo VV
vo
VE
Ton
TSW
swon TT /=δ
通流率
電源電圧より高い電圧を出せない
P.64
vE vo
+ C2 47µF
L 1.5mH
D vo 510
Tr 2SA950
RB
vE 510
R5
6V LED4
vo [V]
t [ms] 0 2
6 4 10
(4.26) ≤≤
=
δ
δ Eo VV
vo
VE
Ton
TSW
swon TT /=δ
通流率
電源電圧より高い電圧を出せない
P.64
昇圧チョッパ回路
6V
+ Tr
L
C
D
R
RB LED
4
P.64
vE vo
vo vE
vo [V]
t [ms] 0 2
6 4
電源電圧より高い電圧を出せる
昇圧チョッパ回路
6V + Tr
L
C
D
R
RB LED
5
P.64
vE vo
vo vE
vo [V]
t [ms] 0 2
6 4
電源電圧より高い電圧を出せる
昇圧チョッパ回路
6V + Tr
L
C
D
R
RB LED
6
P.64
Vo
昇圧チョッパ回路の動作原理
E
L
C
D
R
LED 7
Tr
Vo E
L
C
D
R
LED
VE Tr
トランジスタがオンのとき
とする． Trがオフのままでは電源EからコンデンサCへは電流を流せない．
P.65
昇圧チョッパ回路の動作原理
8
Vo E
L
C
D
R
LED
VE Tr －
+
ダイオードは逆バイアスによりオフ
トランジスタがオンのとき
－ + －+
Vo > VE > 0とする． Trがオフのままでは電源EからコンデンサCへは電流を流せない．
Vo E
L
C
D
R
LED
Tr －
+
－+
iL:増加
コイルに電磁エネルギ(Li2/2)が蓄積される．
Vo E
L
C
D
R
LED 9
Tr
Vo E
L
C
D
R
LED
VE Tr
トランジスタがオフのとき
vL =
iL
vL
dtdiL L
P.65
10
Vo E
L
C
D
R
LED
VE Tr －
+
トランジスタがオフのとき
－+ － +
vL = iL= (減少)であればvL < 0．このとき VE - vL > Vo となる．
iL
vL
dtdiL L
ダイオードは順方向に電圧がかかりオン
Vo E
L
C
D
R
LED
Tr －
+
－ +
iL:減少
コイルの電磁エネルギ(Li2/2)が放出される．
図4.23 PWM制御法
t
t
vtri vcom
オン オフ オン オフ オン
Vtp
トランジスタ オフのとき
トランジスタ オンのとき
tricom
tricom
vvvv
<
≥
PWM (Pulse Width Modulation, パルス幅変調) 制御法
t
t
vtri vcom
オフ オン オフ オン オフ
(5.3)
11
P.66
(b) vPWM = ，Tr オフ
vPWM =
(a) vPWM = ，Tr オン
vPWM =
t
vtri vcom Vtp
昇圧チョッパ回路のトランジスタのベース電流経路
Tr
RB
io E1 +
L
Tr
RB
io E1 +
D D
C
L
C
PWM波形 生成器
PWM波形 生成器
12
(a) vPWM = Vd ，Tr オン
vPWM = Vd
t
vtri vcom Vtp
昇圧チョッパ回路のトランジスタのベース電流経路
Tr
RB
io E1 +
L
Tr
RB
io E1 +
D D
C
L
C
PWM波形 生成器
PWM波形 生成器
13
iB
iB
iB
iB
iL
(b) vPWM = 0 ，Tr オフ
vPWM =0
iL
iL
t TON
TSW
図5.7 インダクタを流れる電流
(a) トランジスタ・オン
VE Tr
L
iL
vL
- +
-
+
=
=
L
L
v
v
14
P.69
iL
t TON
TSW
図5.7 インダクタを流れる電流
(a) トランジスタ・オン
VE Tr
L
iL
vL
- +
-
+
EL
LL
VvdtdiLv
=
=
15
P.69
(b) トランジスタ・オフ
Vo
L
iL VE
vL
- +
-
+
iL
t TON
TSW
図5.7 インダクタを流れる電流
=
=
L
L
v
v
16
P.69
(b) トランジスタ・オフ
Vo
L
iL VE
vL
- +
-
+
iL
t TON
TSW
図5.7 インダクタを流れる電流
oEL
LL
VVvdtdiLv
−=
=
17
iL
t t2 t1 I1
I2 I1
)6.5(12 SWE
L TLVIII δ=−=Δ
)7.5()1(12 δ−−
−=−=Δ SWoE
L TLVVIII
18
P.69
(5.8) 10 1
1<≤
−= δ
δ Eo VV
+ C2 47µF
L 1.5mH
D
Tr 2SA950
VE 510 R5
LED4
図4.4 降圧チョッパ回路
+ RL C
Tr 2SC2120
L D
Vo VE
Vo oE VV ≥
oE VV ≤
図5.1 昇圧チョッパ回路
電源電圧より高い電圧を出せる
電源電圧より低い電圧を出せる
両方の出力電圧範囲をカバーできるチョッパ回路は？
19
P.71
vE vo
vo [V]
t [ms] 0 2
6 4
RL C vo VE
Tr
PWM波形生成器
RB L
D
E
昇降圧チョッパ回路
20
図5.8 昇降圧チョッパ回路
P.72
vE vo
vo [V]
t [ms] 0 2
6 4
電源電圧より低い電圧も，高い電圧も出せる
RL C vo VE
Tr
PWM波形生成器
RB L
D
E
昇降圧チョッパ回路
21
図5.8 昇降圧チョッパ回路
P.72
iL
t
TON
TSW
t2 t1
I1
I2
I1
図5.14 インダクタを流れる電流
図5.13 昇降圧チョッパ回路の簡略等価回路
iL iL
Tr Tr
(b) トランジスタ・オフ (a) トランジスタ・オン
Vo VE
Vo VE
101<≤−
=
δδδ
Eo VV
22
P.75
Step 5 製作課題 昇圧チョッパ回路を設計・製作せよ．イヤフォンプラグを音響機器に接続し，スピーカーから音が聞こえてくることを確認せよ．
L 1.5mH D
510 RB
Tr 2SC2120
6V 510
R2
LED2
23
VR1 2kΩ
PIC16F615 PIC12F615 PIC12HV615
P1B
A2 A1 A0 1µF CS
50 RS
LED1
510 R1
C1 47µF
470µ C1
+
+
24
絶対やってはいけないこと
6V
イヤフォンプラグの線を直接電池につながない．
t
vtri vcom
Vtp
製作課題における指令電圧vcom ，P1B端子の出力電圧vP1B との関係，および，Step4, 5で用いてきたP1A端子の出力電圧vP1A との関係
t
vP1A
スイッチング周期 Tsw = 80 [µsec] スイッチング周波数 fsw = 1/Tsw = 15 [kHz]
6 [V]
0 [V]
t
vP1B
Step5 レポート課題 (1) (a)昇圧チョッパ回路においてトランジスタTrオン時とオフ時のエネルギーの流れを図示せよ． (b)昇降圧チョッパ回路においてトランジスタTrオン時とオフ時のエネルギーの流れを図示せよ．
26
+
C
L
D
Tr
VE RL +
C
L
D
Tr
VE RL
（ヒント） 降圧チョッパ回路におけるエネルギの流れ． トランジスタ，ダイオードもわずかではあるが導通時に損失がある．
Tr オフ時 Tr オン時
Step5 レポート課題 (2) 昇圧チョッパ回路において通流率δ=2/3のときの指令電圧vcom，トランジスタ駆動電圧vPWM，ダイオード両端電圧vD ，コイル両端電圧vL ，コイル電流iL，ダイオード電流iD，出力電流ioの各波形を求めよ．ただし，電源電圧VE = 6 [V]，三角波電圧のピーク値Vtp = 3 [v]，出力抵抗RL = 20 [Ω], コイルのインダクタンスLa = 400 [µH]，スイッチング周期Tsw = 50 [µs] （スイッチング周波数fsw = 20 [kHz]）とする．ただし，コンデンサC2の静電容量は出力電圧が直流であると見なせるに十分な大きさであり，回路内の損失は無視できるものとする．
27
+ Tr1 2SC1815
L
C2
D
RL
RB
vo vE
iD
PWM波形生成器
io
