DC/DCコンバータの徹底理解講座 (フォワード型とブリッジ型)

DC/DCコンバータは数Wから数100kWの容量まで広く実用化されています。使われる分野も家庭用から産業用まで広範囲に及んでいます。幅広い容量と用途に対応して、たくさんの回路方式が研究され、実用化されてきました。それぞれの回路方式には固有の動作原理があり、独特の特性を持っています。DC/DCコンバータを使用する場合、特性をよく把握した上で回路方式を選択し、動作原理を完全に理解した上で設計する必要があります。 　「DC/DCコンバータの徹底理解講座」では、それぞれの回路方式の基本となる動作原理をまず説明し、各種動作モードでの特有の振る舞いを解説します。その上で各回路方式の特徴を詳しく説明し、特性改善のための手法を紹介します。初心者の方は、各回路方式の動作原理と特徴の学習にご使用ください。ベテランの方は動作原理と特性の確認、および設計スキル向上のためにご参加ください。

　フォワード型DC/DCコンバータは、数10Wクラスから数kWクラスまで、いろんな用途に広く用いられています。通常の1石式は小容量に限定されますが、アクティブクランプ方式とすると数kWクラスまで使用可能となり、ハイブリッド車にも用いられています。2石式も数kWクラスに対応できます。一方、フォワード型は変圧器の励磁電流の振る舞いを初め、この回路方式特有の難しさがあり、よく理解して設計する必要があります。 ブリッジ型は数100W以上の容量の大きなDDコンに広く用いられています。今回はフルブリッジ型に的を絞り、①従来型フルブリッジ、②位相シフトフルブリッジ、③電流型フルブリッジの3種類のフルブリッジ方式を取り上げます。

　この講座では、フォワード型とフルブリッジ型の各種回路方式の動作原理と特性比較、および使い分け方法を詳しく説明します。

1. DDコンとソフトスイッチングの基礎
   1. リアクトルの性質
   2. DC/DCコンバータの基本原理
   3. チョッパ回路と絶縁型DC/DCコンバータ
   4. 励磁電流の重要な性質
   5. ソフトスイッチングの基本
   6. 部分共振の基本
2. フォワード型DC/DCコンバータ
   1. フォワード型の概要
      1. DC/DCコンバータの種類
      2. リセット回路
      3. 石/2石フォワード型
      4. 1石/2石フォワード型の概要
      5. 動作モードと電流経路
      6. BH曲線とリセット動作
      7. 2石フォワード型
   2. アクティブクランプ方式
      1. アクティブクランプ方式の概要
      2. アクティブクランプ方式の基本動作
      3. 専用制御IC
      4. ソフトスイッチングの可否
      5. 2次側短絡法の紹介
      6. 負方向の直流励磁
   3. その他のフォワード型
      1. ロスレススナバ回路
      2. 電圧共振型1石フォワード方式
3. ブリッジ型DC/DCコンバータ
   1. ブリッジ型の種類
   2. 従来型フルブリッジ方式の基本特性
      1. 基本動作
      2. 漏れインダクタンスの影響
      3. サージ電圧の発生
   3. 位相シフトフルブリッジ方式の基本特性と課題
      1. 基本動作
      2. ソフトスイッチングの原理
      3. 整流ダイオードのサージ電圧
      4. デューティーサイクルロスの発生
      5. 偏磁の発生
   4. 位相シフトフルブリッジの応用回路方式
      1. 遅れレグのソフトスイッチングの改善
      2. 環流電流による損失の抑制
      3. 整流ダイオードのサージ電圧対策
      4. デューティーサイクルロスの改善
      5. 偏磁防止対策
   5. 電流型フルブリッジ方式
      1. 電圧型と電流型
      2. 双方向DC/DCコンバータへの応用
      3. 漏れインダクタンスによるサージ電圧