電源整流・平滑回路

電気・情報技術班

穗刈　治英

平成17年度長岡技術科学大学技術職員専門別研修

電子回路

直流電源

直流電源

・一次電池 ：乾電池、アルカリ電池など

・二次電池 ： Ni-Cd電池、Ni-MH電池、鉛蓄電池など

寿命、価格、充電の手間などに問題あり

商用交流電源　⇒　変圧　⇒　整流　⇒　平滑（50Hz, 60Hz）

直流電源

直流と交流

直流 (DC : Direct Current)

時間が経過しても電圧（電流）が一定

交流 (AC : Alternating Current)

時間の経過とともに電圧（電流）が変化

t

V(I)

t

E(I)

交流電圧について正弦交流電圧の表現方法

( )rad : sin xxx0　 π　 2π 3π 4π 5π 6π

1

0

-1

T

Vm

-Vm

0

1秒秒秒秒

( )

Tf

T

f

f

V

tv

m

1

2

=

= πω

: 時刻時刻時刻時刻tにおける瞬時値における瞬時値における瞬時値における瞬時値

: 振幅（最大値）振幅（最大値）振幅（最大値）振幅（最大値）

: 角周波数角周波数角周波数角周波数

: 周波数周波数周波数周波数

: 周期周期周期周期

( ) tVtv m ωsin=

( ) ( )0sin φω += tVtv m

正弦交流電圧の一般表現

Vm

Vm/2

Vm

0

0

0φ :初期位相

t

t

0

0

t=0 で v(t)=0

sinφ0=0 からφ0=0

( ) tVtv m ωsin=

t=0 で v(t)= Vm/2

sinφ0=1/2からφ0=π/6

( ) ( )6sin πω += tVtv m

( ) tVtv m ωsin=

(a) 最大値

mV

正弦交流電圧の諸量

Vm

t

v(t)

T

(b) 平均値

( )∫=T

a dttvT

V

0

1

( )∫=2

0 2

1 T

a dttvT

V ( )TffT 1 ,2 2 === πωωπ

mmma VVtdtVV 637.0 2

sin

0 ≈== ∫

ωπ

πω

πω

v(t)を１周期にわたり平均して求める

正弦交流電圧は対称性を有する⇒ １周期にわたり積分すると０

半周期の積分により求める

平均値は直流電圧と等価

Vm0.637Vm

00

T/2 T

(c) 実効値(RMS : Root Mean Square)

( ){ }∫=T

e dttvT

V

0

21

( ) mmme VVdttVV 707.02

1sin

2

2

0

2 ≈== ∫ωπ

ωπω

{v(t)}2を１周期にわたり平均し、その平方根をとり求める

( )TffT 1 ,2 2 === πωωπ を代入

Vm0.707Vm

00

T/2 T

Vm2

実効値は直流電圧と等価な電力を供給

( ) tVtv e ωsin 2=

( ) tVtv m ωsin=

(d) 実効値による正弦交流電圧の表現

me VV2

1= より

通常、交流電圧を表すときは実効値を用いる

商用電源でAC100Vというが、これは実効値であって最大141Vの電圧を有しているので、注意が必要

ダイオード(Diode : Di Electrode)

整流回路

アノード(A) カソード(K)

＋　　　　　　　　　－

－　　　　　　　　　＋×

電流が流れる

電流が流れない

ダイオードの電圧-電流特性

＋ー E

I＋

0

半波整流回路

正の半周期：電流が流れる

負の半周期：電流が流れない

正

負 負 負

正 正

＋

ー＋

ー

正 正 正

vo

vo

入力電圧

出力電圧

全波整流回路

(a) センタータップ形

vo＋

ー＋

ー

＋

ー＋

ー

D1

D2

正の半周期：D1が順方向（ D2は逆方向）となり電流が流れる

負の半周期：D2が順方向（ D1は逆方向）となり電流が流れる

正 正 正

負 負 負

負 負 負正 正 正

入力電圧

出力電圧

vo

(b) ブリッジ形

正の半周期：D1 , D3が順方向（ D2 , D4は逆方向）となり電流が流れる

負の半周期：D2 , D4が順方向（ D1 , D3は逆方向）となり電流が流れる

正 正 正

負 負 負

負 負 負正 正 正

入力電圧

出力電圧

vo

＋

ー＋

ー

D2

D1

D4D3

vo

　　　　　　　　　　　　　　センタータップ形　　ブリッジ形

　トランスの巻線　　　　　　 　2 1

　ダイオードの数　　　　　　 　2 4

ダイオードの逆耐圧RMS22 V RMS2V

(c) センタータップ形とブリッジ形の比較

vo＋

ー＋

ー

＋

ー＋

ー

D1

D2

＋

ー＋

ー

D2

D1

D4D3

vo

1,350円 760円

60円 120円

平滑回路

(a) チョークインプット形

整

流

回路

L

RLvo

L : チョークコイル（インダクタンス）

ω L＝2πf L 　(Ω)

直流を通しやすく、交流を通しにくい

直列に挿入することにより、交流成分を阻止する

チョークコイルは高価、重い

(b) コンデンサインプット形

整

流

回路

RLvoC

充電 放電

vo

vo

半波整流回路

全波整流回路

コンデンサ C を並列に挿入し整流回路から C への充電、C から負荷抵抗 RL による放電

により、平滑を行う

・整流回路側の内部抵抗・コンデンサ C

・負荷抵抗 RLに影響を受ける

直流電圧

リプル

リプル含有率＝　　　　　　　　　　　　　　×100 （%）リプル電圧（実効値）

直流電圧

(c) リプル含有率

実用上は下図を使用

RS : 電源側内部抵抗ω＝ 2πf f : リプル周波数C : コンデンサの容量RL : 負荷抵抗

製作実習で使用RS : 電源トランスの　　 2次側内部抵抗

1.4Ω : 0-6V間2.8Ω : 0-6V間

RL : 27Ω

ブリッジ整流、リプル含有率1%、 RS / RL=1.4/27≒1/20

ωC RL ≒50～60 FΩ⇒ C≒3000～3600μF

整流・平滑回路波形例

整流回路入力電圧 ： 6V , 負荷抵抗RL : 54Ω

半波整流回路

全波整流回路

コンデンサなし　　　　　100μF　　　　　　 470μF 2200μF

コンデンサなし　　　　　100μF　　　　　　 470μF 2200μF