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。
電圧 \(E\) が100V、降圧チョッパの通流率が50%、負荷抵抗Rが2\(\Omega\)とする。デバイスSは周期Tの高周波でスイッチングし、リアクトルLの平滑作用により、図2に示す電流のリプル成分は十分小さいとする。電流の平均値 \(I_R \, [\text{A}]\) として、最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
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要点
正解は(2)。リアクトルで電流リプルが十分小さい条件では、出力平均電圧を \(D E\) とおけます。通流率50%から平均電圧50Vを求め、抵抗2Ωで割ることが要点です。
詳細解説
この問題では、降圧チョッパの平均出力電圧が通流率に比例することを使い、平均電流へ変換します。
降圧チョッパの出力電圧平均値 \(V_{out}\) は、入力電圧 \(E\) と通流率（デューティ比）\(D\) の積になります。
\[ V_{out} = D \times E = 0.5 \times 100 = 50 \, [\text{V}] \]
負荷電流の平均値 \(I_R\) は、
\[ I_R = \dfrac{V_{out}}{R} = \dfrac{50}{2} = 25.0 \, [\text{A}] \]
ここではリプル成分を無視できるので、瞬時波形の細かな上下ではなく平均値だけを扱います。したがって \(V_{out}=50\ \text{V}\)、\(I_R=25.0\ \text{A}\) となり、選択肢(2)が最も近い値です。
