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10. AC-DCコンバータ（整流回路）（2）10. AC-DC Converter (Rectification Circuit) ( 2 )
1. 単相半波ダイオード整流回路（２）2. 単相全波ダイオード整流回路（R負荷）3. 単相全波ダイオード整流回路（LR負荷）
講義内容
還流ダイオードの追加 2
vSvo
iD1
iD2
iD1 iD2
vs
D1
vo
vL
io
vR
D2
L
R
iD1
iD2
インダクタンスLを大きく していくと徐々に出力電流が直流 に近づく D1: ON D2: ON
L：小
L：大
0
0
0
θ
θ
θ
Mode.1 3
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.1 θ0 < θ < θm
➢ D1：順バイアスにより，D1 = ON ．➢ D2：逆バイアスにより，D2 = OFF ．➢ L： vL = 0 になるまで平滑リアクトル(L)にエネルギ充電．θ = θm時が充電エネルギが最大なため，ioが最大値となる．
➢ R： ioの向きの変化により，vRも変化．（R：以降同様）
vs
D1
D2
L
R
ioiD1
vL
vR
vo
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
Mode.2 4
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.2 θm < θ < π
vs
D1
D2
L
R
ioiD1
vL
vR
vo
➢ D1：順バイアスにより，D1 = ON ．➢ D2：逆バイアスにより，D2 = OFF ．➢ L： vL < 0 となり，充電 から放電 に移行．エネルギ放出により，ioの傾きも変化．
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
Mode.3（Δ：微小期間） 5
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.3 π < θ < π+Δ
vs
D1
D2
L
R
ioiD1
vL
vR
vo
iD2
➢ D1：逆バイアスだが，Lが電流源 として動作し，導通し続ける為，D1 = ON ．しかし，逆バイアスによる電流とLの電流の向きにより電流が打ち消し合うため，D1 = ターンオフ．➢ D2：逆バイアスにより，D2 = ターンオン．➢ L： エネルギがゼロになるまで電流源動作．
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
Mode.4 6
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.4 π+Δ < θ < 2π
➢ D1：D1 = OFF となり，電源を経由したループが形成されない為，Lに残ったエネルギで動作．➢ D2：電源からの供給は無いが，Lによる電荷の引き抜きが行われるため，D2 = ON ．➢ L： エネルギがゼロになるまで電流源動作．（※ L と R の値によってはこの期間にエネルギがゼロ になる場合もある）
vs
D1
D2
L
R
io
vL
vR
vo
iD2
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
Mode.5 7
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.5 2π < θ < 2π+Δ
➢ D1：順バイアスにより，D1 = ON．➢ D2：逆バイアスだが，Lが電流源 として動作し，導通し続ける為，D2 = ON ．しかし，逆バイアスによる電流とLの電流の向きにより電流が打ち消し合うため，D2 = ターンオフ．➢ L： エネルギがゼロになるまで電流源動作．
vs
D1
D2
L
R
io
vL
vR
vo
iD2
iD1
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
Mode.0 8
0
0
0
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⓪
θ0 θm
π 2π
⓪
Mode.0 2π+Δ < θ < θ0
➢ D1：順バイアスにより，D1 = ON ．➢ D2：逆バイアスにより，D2 = OFF ．➢ L： この期間までLからの放電は行われるが，電源からの供給エネルギの方が大きいため，vLの傾き が変化している．➢ R： Lが放電 から充電 に切り替わるため，θ = θ0でvRが最小
vs
D1
L
R
io
vL
vR
vo
iD1
D2
vS
vR
vo
vL
iD2
iD1
θ
θ
θ
モード解析法による動作解析 9
vs
D1
D2L
R
ioiD1
vL
vR
vs
D1
D2L
R
ioiD1
vL
vR
vs
D1
L
R
ioiD1
vL
vRiD2
vs
D1
L
R
io
vL
vRiD2
vs
D1
L
R
io
vL
vR
iD1
vs
D1
D2L
R
ioiD1
vL
vR
Mode.5 Mode.4 Mode.3
Mode.1 Mode.2
D2D2
Mode.0 充電
単相全波ダイオード整流回路：R負荷 10
単相全波ダイオード整流回路
vs voR
D1 D3
D2 D4
io
vS
vo
io
D1 , D4:
ON
D2 , D3:
ON
θ
θ
0
0
モード解析法による動作解析：R負荷 11
vs vo
R
D1 D3
D2 D4
io
Mode.1
0 < θ < π
Mode.1の期間においては，vs > 0 となり，D1 → R → D4 の経路で電流が流れる．
vs vo
R
D1 D3
D2 D4
io
Mode.2
π < θ < 2π
Mode.2の期間においては，vs < 0 となりD3 → R → D2 の経路で電流が流れる．負荷RにはMode.1と同じ向きから電流が流れるため，出力電圧は全波整流波形となる．
Mode:1 Mode:2
vS
vo
io
Mode.1 Mode.2
θ
π 2π
0
0
π
θ
単相全波ダイオード整流回路：LR負荷 12
⓪ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
vsvRR
D1 D3
D2 D4
io
vo
vLL
iD+
iDー
誘導性 負荷に変更
θ
θ
θ0
0
0π
θ0+ θm+
θ0ー θmー
2π
vs
vLvo vR
iD+ iD－
Mode.1 13
⓪ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
Mode.1 θ0+ < θ < θm+
➢ D1, D4 ：順バイアスにより， D1, D4 = ON ．➢ D2, D3 ：逆バイアスにより， D2, D3 = OFF ．➢ L： vL = 0 になるまでエネルギ充電．➢ R：iD+が最大 の時に，vRも最大．
R
D1 D3
D2 D4
io
L
vR
vL
iD+
vo
θ
θ
θ0
0
0π
θ0+ θm+
θ0ー θmー
2π
vs
vLvo vR
iD+ iD－
vs
Mode.2 14
⓪ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
Mode.2 θm+ < θ < π
➢ D1, D4 ：順バイアスにより， D1, D4 = ON ．➢ D2, D3 ：逆バイアスにより， D2, D3 = OFF ．➢ L： vL < 0 になりエネルギ放電（電流源）．➢ R：エネルギが少なくなるのでiD+が小さくなる．
vs
R
D1 D3
D2 D4
io
L
vR
vL
iD+
vo
θ
θ
θ0
0
0π
θ0+ θm+
θ0ー θmー
2π
vs
vLvo vR
iD+ iD－
Mode.3 15
⓪ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
Mode.3 π < θ < π+Δ
vs
R
D1 D3
D2 D4
io
L
vR
vL
vo
iD+
➢ D1, D4 ：Lの電流源動作による電流と電源からの電流の相殺により， D1, D4 = ターンオフ．➢ D2, D3 ：順バイアスにより， D2, D3 = ターンオン．➢ L：充電 エネルギが切れるまで電流源動作．➢ R：出力電流 io が iD+ から iDーに変化．
iDー
θ
θ
θ0
0
0π
θ0+ θm+
θ0ー θmー
2π
vs
vLvo vR
iD+ iD－
Mode.4 16
⓪ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
Mode.4 π+Δ < θ < θ0－
R
D1 D3
D2 D4
io
L
vR
vL
vsvo
➢ D1, D4 ：逆バイアスにより， D1, D4 = OFF．➢ D2, D3 ：順バイアスにより， D2, D3 = ON．➢ L：vL = 0 になるまでエネルギ放電．➢ R：iDーが最小 の時に，vRも最小．
※以降，類似モード繰り返し
iDー
θ
θ
θ0
0
0π
θ0+ θm+
θ0ー θmー
2π
vs
vLvo vR
iD+ iD－