Transcript 電気二重層コンデンサを用いた 太陽電池の蓄電装置に関する研究

昇圧型
スイッチングレギュレータの特性
茅島正信
はじめに
研究の背景
◆基本的な回路を作り、技術を習得する。
↓
◆大規模な装置を作成する。
スイッチングレギュレータの役割
装置の数が増える！
スイッチングレギュレータの長所
◆制御素子のスイッチングにより出力電圧を自由
に制御できる。
◆変圧時における損失が極めて少ない
◆高周波で動作させることで小型化できる
スイッチングレギュレータの短所
◆動作周波数が低いと体積を増す。
◆動作周波数を高くすると、周波数に比例して効
率が下がる
◆雑音が発生する。
スイッチングレギュレータの仕組み
入力
出力
DC-DCコンバー
タ
比較回路
時比率
制御回路
増幅回路
制御用IC
DC-DCコンバータ
L
D
入力
100 （KHｚ）
R1
C
R2
負
荷
スイッチング素子の選択
1 V 1 t1
V0 
2 IL(t1t 2)
2
2
V0
負荷に生じる電圧
ｔ1 スイッチON時間
V1
入力電圧
ｔ2 スイッチOFF時間
I
負荷に流れる電流
L
コイルのインダクタンス
スイッチングIC
FB
5V
3.4 nF
6.8 kΩ
1
2
3
4
5
6
7
8
16
15
14
13
12
11
10
9
10 kΩ 30 kΩ
Vcc
15V
出力
100 kHz
作成した回路
Z
FB
14 (5V)
3.4nF
6.8k
1
2
3
4
5
6
7
8
16
15
14
13
12
11
10
9
10k
30k
Vcc
15V
コレクタ電圧 Vc (V)
15
ｆs ： 100 ｋHz
Vi ：5 V
↓Id
0.3
10
0.2
5
0.1
↓Vd
0
0.0
0
5
10
時 間 t （μs）
15
コレクタ電流 Ic （A）
コレクタ電流、電圧
消費電力 Pc （W）
スイッチングトランジスタの損失
ｆ s ： 100 （ｋHz）
Vi ： 5 （V）
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0
5
10
時 間 t （μs）
15
パワーMOS-FETを使った
DC-DCコンバータ
L
D
入力
100 KHｚ
負
荷
C
R1
R2
15
↓Vd
ｆs ： 100 （ｋHz）
Vi ： 5 （V）
0.3
↓Id
10
0.2
5
0.1
0
0.0
0
50
100
時 間 t （μs）
150
ドレイン電流 Id （A）
ドレイン電圧 Vd （V）
ドレイン電流、電圧
消費電力 Pd （W）
MOSFETの損失
2.5
ｆs ： 100 （ｋ H z）
Vi ： 5 （V）
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0
50
100
時間 t （μs）
150
フィードバックの制御
FB
0.1 μF
3.4 kΩ
1
2
100 kΩ
3
330 pF
4
51 kΩ
5
3.4 nF
6
6.8 kΩ
7
8
16
15
14
13
12
11
10
9
10 kΩ
30 kΩ
Vcc
15V
出力
100 kHz
フィードバック部の制御
L
D
入力
100 kHｚ
R3
負
荷
R1
R2
C
ICのFB端子へ
R4
誤差増幅器の試験
↓ＲＣを加えた回路
↑発振を起こした回路
ボード線図
位相
RCを加えた回路
発振を起こした回路
利得
位相補償を考慮した配線
FB
0.1 μF
3.4 kΩ
1
10 kΩ
2
100 kΩ
3
330 pF
4
51 kΩ
5
3.4 nF
6
6.8 kΩ
7
8
16
15
14
13
12
11
10
9
10 kΩ
30 kΩ
Vcc
15V
出力
100 kHz
出力電流、電圧
ｆs
Vi
出力電圧 Vo (V)
20
100(kHz)
5(V)
15
0.7
10
0.6
0.5
5
D = 0.4
0
0
0.2
0.4
出力電流 Io (A)
0.6
0.8
フィードバック
させた電圧
効 率 η （%）
出力電流、効率
100
80
60
40
20
0
ｆs 100(kHz)
Vi 5(V)
0
0.2
0.4
0.6
出力電流 Io （A）
0.8
ソフトスイッチングに関して
↓Vd
0.3
↓Id
10
0.2
8
0.2
6
0.1
4
2
0.1
0
0.0
0
5
10
時間 t （μs）
15
ドレイン電流 Id （A）
ドレイン電圧 Vd （V）
12
今後の課題