図1に示す降圧チョッパの回路は、電圧Eの直流電源、スイッチングする半導体デバイスS、ダイオードD、リアクトルL、及び抵抗Rの負荷から構成されている。また、図2には、図1の回路に示すダイオードDの電圧 \(v_D\) と負荷の電流 \(i_R\) の波形を示す。次の(a)及び(b)の問に答えよ。
降圧チョッパの回路動作に関し、図3～図5に、実線で示した回路に流れる電流のループと方向を示した三つの電流経路を考える。図2の時刻 \(t_1\) 及び時刻 \(t_2\) において、それぞれどの電流経路となるか。正しい組合せを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
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(1)
時刻\(t_1\): 電流経路(A), 時刻\(t_2\): 電流経路(B)
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(2)
時刻\(t_1\): 電流経路(A), 時刻\(t_2\): 電流経路(C)
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(3)
時刻\(t_1\): 電流経路(B), 時刻\(t_2\): 電流経路(A)
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(4)
時刻\(t_1\): 電流経路(B), 時刻\(t_2\): 電流経路(C)
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(5)
時刻\(t_1\): 電流経路(C), 時刻\(t_2\): 電流経路(B)
要点
正解は(1)。降圧チョッパでは、スイッチON時は電源から負荷へ、OFF時はリアクトル電流がダイオードを通って還流します。図2の \(v_D\) が \(E\) か0かで導通経路を読むことが要点です。
詳細解説
この問題では、図2のダイオード電圧 \(v_D\) から、スイッチSがONしている区間か、ダイオードDが還流している区間かを判定します。
時刻 \(t_1\) では、図2よりダイオード電圧 \(v_D\) が \(E\) となっています。これはスイッチSがONしており、ダイオードに逆電圧がかかっている状態です。電流は 電源 \(\to\) S \(\to\) L \(\to\) R と流れます（経路A）。
時刻 \(t_2\) では、\(v_D\) が 0V となっています。これはスイッチSがOFFし、ダイオードDが導通（還流）している状態です。電流は L \(\to\) R \(\to\) D と流れます（経路B）。
\(v_D=E\) の区間ではダイオードは逆バイアスで、電流は電源、S、L、Rを通ります。\(v_D=0\) の区間ではDが導通し、リアクトルに蓄えたエネルギーで電流が負荷側へ流れ続けます。
