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 今回のコラムはパワーデバイス・イネーブリング協会(PDEA)が主催する「半導体技術者検定エレクトロニクス2級(パワーエレクトロニクス)」の予想問題を紹介する(本コラムの詳細はこちら、PDEAについてはこちら、半導体技術者検定の教科書についてはこちら、検定の問題集についてはこちら)。

 本稿では、半導体技術者検定エレクトロニクス2級(パワーエレクトロニクス)の予想問題の中から、フォワードコンバータについて問う。同コンバータは絶縁型の重要なDC-DCコンバータの一つであり、動作メカニズムをよく理解しておく必要がある。検定に合格するためにはぜひ正解しておきたい。

 今回の問題の難易度は★★★★である。本コラムでは紹介する問題の難易度を★の数(難易度に応じて1~5個)で表しており、★の数が多いほど難しい。今回はやや難しいレベルの問題である。

【問題17】難易度:★★★★

 図1に示すフォワードコンバータの動作および特性に関し、以下の中で誤ったものを選びなさい。ただし、出力インダクタ$L$が連続モードで定常動作しているものとする。

(1)$n_1=n_2$である場合、トランジスタ$Q$の時比率$D_{on}$は0.5以下に限定される。

(2)$n_1=n_2$である場合、$Q$にかかる最大電圧$V_{Qmax}$は、入力電圧$V_{in}$の1.5倍である。ただし、変圧器の漏れインダクタンスはないものとする。

(3)出力電圧$V_{out}$と$V_{in}$の関係は、$V_{out}=\cfrac{n_3}{n_1}D_{on}V_{in}$である。

(4)1次側にある変圧器の励磁インダクタンス$L_M$は、ダイオード$D_1$と連動して不連続モードで動作する必要がある。

 ここで、$n_1$、$n_2$、および$n_3$はそれぞれ変圧器の1、2、および3次側コイル巻き数である。$D_{on}$は、$D_{on}=T_{on}/T$で示される。$T_{on}$は$Q$がオンしている期間、$T$は$Q$のスイッチング周期である。

図1 フォワードコンバータの回路図と制御信号
図1 フォワードコンバータの回路図と制御信号
(出所:パワーデバイス・イネーブリング協会)
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