図1に示す降圧チョッパの回路は、電圧 \(E\) の直流電源、スイッチングするパワー半導体デバイス 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(C), 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(A), 時刻 \(t_2\): 電流経路(B)
要点
正解は(5)。降圧チョッパでは、スイッチ ON 時は電源から負荷へ、OFF 時はダイオードを通って還流します。各時刻でどの経路を流れるかを図から読む問題です。
詳細解説
スイッチ ON/OFF に応じた電流経路を、図の回路で読み分ける問題です。
時刻 \(t_1\) は \(v_D = E\) となっており、スイッチ S がONの状態です。電流は電源 E から S、L、R を通って戻ります。これは図3の電流経路(A)です。
時刻 \(t_2\) は \(v_D = 0\) となっており、スイッチ S がOFFの状態です。Lに蓄えられたエネルギーにより電流が維持され、L -> R -> D -> L の還流モードになります。これは図4の電流経路(B)です。
よって、組み合わせは (A) と (B) です。
