電験三種 平成26年度(2014) 理論 問18(b) 過去問解説

問18(b) 《電子回路(降圧チョッパの電流の増え方と出力電圧)》
(選択問題:問17または問18のどちらか1問を解く) 図1は,代表的なスイッチング電源回路の原理図を示している。次の(a)及び(b)の問に答えよ。 (b) スイッチSがオンの間にコイルの電流 $I$ が増加する量を $\Delta I_1$[A]とし,スイッチSがオフの間に $I$ が減少する量を $\Delta I_2$[A]とすると,定常的には図2の太線に示すような電流の変化がみられ,$\Delta I_1 = \Delta I_2$ が成り立つ。 ここで出力電圧 $V_{\mathrm{o}}$[V]のリプルは十分小さく,出力電圧を一定とし,電流 $I$ の増減は図2のように直線的であるとする。また,ダイオードの順方向電圧は0Vと近似する。さらに,スイッチSがオン並びにオフしている時間をそれぞれ $T_{\mathrm{ON}}$[s],$T_{\mathrm{OFF}}$[s]とする。 $\Delta I_1$ と $V_{\mathrm{o}}$ を表す式の組合せとして,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
問18(b)の図
  1. (1) $\Delta I_1 = \dfrac{(E - V_{\mathrm{o}})T_{\mathrm{ON}}}{L}$,$V_{\mathrm{o}} = \dfrac{T_{\mathrm{OFF}}E}{T_{\mathrm{ON}} + T_{\mathrm{OFF}}}$
  2. (2) $\Delta I_1 = \dfrac{(E - V_{\mathrm{o}})T_{\mathrm{ON}}}{L}$,$V_{\mathrm{o}} = \dfrac{T_{\mathrm{ON}}E}{T_{\mathrm{ON}} + T_{\mathrm{OFF}}}$
  3. (3) $\Delta I_1 = \dfrac{(E - V_{\mathrm{o}})T_{\mathrm{ON}}}{L}$,$V_{\mathrm{o}} = \dfrac{(T_{\mathrm{ON}} + T_{\mathrm{OFF}})E}{T_{\mathrm{OFF}}}$
  4. (4) $\Delta I_1 = \dfrac{(V_{\mathrm{o}} - E)T_{\mathrm{ON}}}{L}$,$V_{\mathrm{o}} = \dfrac{(T_{\mathrm{ON}} + T_{\mathrm{OFF}})E}{T_{\mathrm{ON}}}$
  5. (5) $\Delta I_1 = \dfrac{(V_{\mathrm{o}} - E)T_{\mathrm{ON}}}{L}$,$V_{\mathrm{o}} = \dfrac{(T_{\mathrm{ON}} + T_{\mathrm{OFF}})E}{T_{\mathrm{OFF}}}$
答えと解説を見る
正解は(2)
使う公式
コイルの電流の変化 $\Delta I = \dfrac{V_L}{L}\Delta t$(V_L:コイルにかかる電圧[V]、L:インダクタンス[H]、Δt:時間[s])
解説
【考え方】コイルにかかる電圧を、S がオンのときとオフのときに分けて考えます。増える量と減る量が等しい、という式から $V_{\mathrm{o}}$ を出します。 ■1 S がオンのとき(ΔI₁) コイルの左は E、右は $V_{\mathrm{o}}$ です。 コイルには $E - V_{\mathrm{o}}$ がかかり、電流が増えます。 $\Delta I_1 = \dfrac{(E - V_{\mathrm{o}})T_{\mathrm{ON}}}{L}$ ■2 S がオフのとき(ΔI₂) ダイオードに電流が流れ、コイルの左は 0 V になります。 コイルには $-V_{\mathrm{o}}$ がかかり、電流が減ります。 $\Delta I_2 = \dfrac{V_{\mathrm{o}}T_{\mathrm{OFF}}}{L}$ ■3 増える量 = 減る量 $\dfrac{(E - V_{\mathrm{o}})T_{\mathrm{ON}}}{L} = \dfrac{V_{\mathrm{o}}T_{\mathrm{OFF}}}{L}$ 両辺に L をかけます。 $ET_{\mathrm{ON}} - V_{\mathrm{o}}T_{\mathrm{ON}} = V_{\mathrm{o}}T_{\mathrm{OFF}}$ $ET_{\mathrm{ON}} = V_{\mathrm{o}}(T_{\mathrm{ON}} + T_{\mathrm{OFF}})$ $V_{\mathrm{o}} = \dfrac{T_{\mathrm{ON}}E}{T_{\mathrm{ON}} + T_{\mathrm{OFF}}}$ オンの時間の割合だけ、電圧が下がるということです。 答えは(2)ピヨ。
出典:平成26年度(2014) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)理論 問18(b)