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13. AC-DCコンバータ（整流回路）（5）13. AC-DC Converter (Rectification Circuit) ( 5 )
講義内容
1. 各整流回路の負荷電圧の平均値2. コンデンサ／チョークインプット型3. PFC（力率改善）コンバータ
単相半波ダイオード整流回路：R負荷 2
vs
D
voR
io
Ts
TON TOFF
vs
vo ( io )
θ
θ
Vs_max
Vs_rms
Vo_ave平均値
実効値
最大値
負荷電圧の平均値
o_ave s_max s_rms0 0
s_rms
s_rms s_rms0
1 1sin 2 sin
2 2
2 2cos 0.45
2
π π
π
V V θdθ V θdθπ π
Vθ V V
π π
= =
= − =
0
0
単相半波ダイオード整流回路：LR負荷 3
0
0
0π 2π
π+β
vs
vo
vD
vR (io)
vLθm
θm π π+β 2π
θ
θ
θ
負荷電圧の平均値
抵抗で消費
vLは1周期において充電 と放電 の
大きさが等しい ため積分値はゼロ
vs
D
vo
vL
io
vR
L
R
vD
vR = vo
( )
2
o_ave o L R0 0 0
s_rms s_rms R0
1 1 1
2 2 2
1 22 sin 1 cos
2 2
π π β π β
π β
V v dθ v dθ v dθπ π π
V θdθ V π β Vπ π
+ +
+
= = +
= = − + =
単相全波ダイオード整流回路：R負荷 4
vS
vo
io
D1 , D4
ON
D2 , D3
ON
θ
θ
0
0
負荷電圧の平均値
2 2
o_ave s_max s_rms0 0
s_rms
s_rms s_rms0
1 1sin 2 sin
2 2
2 2 2cos 0.9
π π
π
V V θdθ V θdθπ π
Vθ V V
π π
= =
= − =
vs voR
D1 D3
D2 D4
io
単相全波ダイオード整流回路：LR負荷 5
⓪ ①② ③ ④ ⑤ ⑥⑦
θ
θ0
0
0π
θ0+ θm+
θ0ー θmー
2π
vs
vLvo vR
iD+ iD－
負荷電圧の平均値
vs
vRR
D1 D3
D2 D4
io
vo
vLL
iD+
iDー
2 2 2
o_ave o L R0 0 0
2
s_rms s_rms s_rms R0
1 1 1
2 2 2
1 2 22 sin 0.9
2
π π π
π
V v dθ v dθ v dθπ π π
V θdθ V V Vπ π
= = +
= = =
θ
単相半波サイリスタ整流回路：R負荷 6
負荷電圧の平均値
2
o_ave s_max s_rms0
s_rms
s_rms
1 1sin 2 sin
2 2
2cos 0.225 (1 cos )
2
π π
α
π
α
V V θdθ V θdθπ π
Vθ V α
π
= =
= − = +
R
io
vs
T
vo
vg
vT
vs
io
vo
vg
θ
θ
θ
② ③ ④①
α π 2πβ
単相全波サイリスタ整流回路：R負荷 7
vs voR
T1 T3
T2 T4
ioiT+
iTー
負荷電圧の平均値
2
o_ave s_max s_rms0
s_rms
s_rms
1 1sin 2 sin
2
2cos 0.45 (1 cos )
π π
α
π
α
V V θdθ V θdθπ π
Vθ V α
π
= =
= − = +
① ➁ ➂
π 2π
④ ⑤ ⑥
0
0α+ β+
αー βー
vo
vs
vg1,4 vg2,3
iT+ iTー
θ
θ
θ
単相全波サイリスタ整流回路：LR負荷 8
負荷電圧の平均値
vs
vRR
io
vo
vLL
iT+
iTー
T1 T3
T2 T4
θm+
θ
θ
⓪ ① ②
π 2π
③ ④ ⑥
0
0
0
α+ β+ αー βー
vg1,4
iT+
⑤ ⑦ ⑧ ⑨
θ
iTー
θmー
vo
vL
vR
vs
vg2,32
o_ave o L R0
s_rms s_rms
s_rms R
1 1 1
2
1 2 22 sin cos
0.9 cos
π π α π α
α α
π α
α
V v dθ v dθ v dθπ π π
V θdθ V απ π
V α V
+ +
+
= = +
= =
= =
コンデンサインプット型整流回路 9
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⑥
θ
θ
0
0
vo
vs
iD
io
コンデンサ インプット型整流回路
vs > vo の時にのみ出力側に電流が流れるため，右図のようになる
vs
D1 D3
D2 D4
vo
iD+
iDーC
iD
R
io
チョークインプット型整流回路 10
① ➁ ➂ ④ ⑤ ⑥
θ
θ
0
0
vo
vs
iD
io
チョーク インプット型整流回路
Lによる電流の引き抜きによりCインプット型より力率 が良くなる
L
vs
D1 D3
D2 D4
vo
iD+
iDーC
iL
R
io
コッククロフト・ウォルトン(Cockcroft-Walton)回路 11
Vmsinθ
+ +
+ +
+Vm
2Vm
3Vm
4Vm
5Vm
+5Vm
半波倍電圧整流回路を図のように多段 に直列 で接続することで，各素子の耐圧は2倍のまま高電圧を得ることが出来る。上記の回路を コッククロフト・ウォルトン回路と呼ぶ。
PFCコンバータ（Active PFC） 12
ダイオード整流された入力電圧 とインダクタ電流が同じ形状 かつ同位相波形となるように制御することで力率を大幅に改善できるため，力率改善回路と呼ばれるPFC：Power Factor Correction
DC
DC
vs vo
Vref
+
−
Gcv(s)×
|vs| iL
Gci(s)+
−
Fm
D (PWM)
https://www.bhphotovideo.com/c/product/1193905-REG/thermaltake_ps_spd_0700npcwus_w_smart_active_pfc_80_plus.html
デスクトップPC用電源
➢ 受動素子並びにダイオード，サイリスタで構成された整流回路： Passive PFC
➢ スイッチング動作を積極的に用いて力率を改善する整流回路： Active PFC