フライバックSMPSコントローラのDuty比

フライバックSMPSを学び始めた者です。
現在はUC3845などの古典的ICで1000Vから5Vを作る回路に挑戦中です。

SMPSは結局、トランスにACを流し込んで二次側電力を得るので、フルパワーをトランスに注入するのはDuty=50%だろうと理解しております。

それなのに、一部のICではDuty比の最大値が50%を超えるものも有ります。これは何のためにこのような仕様になっているのでしょうか。まだ経験不足な小職の頭で考えますと、スイッチデバイスがONになってもすぐに電流は流れてくれず、鋸状波のような電流波形となるため、５０％を越させないと最大AC電力にならないためかなと思いますが、この認識が正しいのかどうなのか。

恐れ入りますがご教示頂けると幸いです。

No.2 ベストアンサー 回答者： bogen555 回答日時： 2015/04/02 18:17

> さて、メインの疑問、Dutyが50%以上のICが上市されている理由をお聞きしたいのですが・・・。

いかがでしょうか。
前回の回答で理解できなかったんでしょうか？
前回書いたように，Vinが大幅に変動しても，MOSFETの耐圧をある電圧以下に抑えるためには，Duty比をVinが高くなったら低くすることが必要で，逆にVinが低くなったら高くする必要があるからです．
一例として，TOPswitchのようにMOSFETの耐圧が750Vで，横型MOSでアバランシェ耐量が保証されていないときは，設計時の最大ドレイン電圧は，サージを含めて600V，サージ無しなら500VDCにします．
そうすると，提示した資料からVin=375VDCのDuty比は約25%，100VDCでは約55%と50％を超えます．
結論として，入力電圧範囲が広くて，MOSFETの耐圧を低く抑えたいときには，Duty比を50%以上にせざるを得ないとゆうことです．

ハンドブック代わりに使いたいんなら，この本がお勧めです．
http://www.amazon.co.jp/dp/0071482725

この回答へのお礼

Dutyが50%を超過する理由は論じられていないと思慮します。
誠にありがとうございます。

お礼日時：2015/04/03 07:22

No.3 回答者： bogen555 回答日時： 2015/04/02 19:53

Vin=1000Vなら，手元に資料が見あたらないけれど，昔トラ技で海外の雑誌から回路だけ紹介されていたスタック・コンバータとかゆうのがありました．

これは低圧のフライバック・コンバータを必要段数だけスタックして高圧電源（欧州の3相電圧用？）に対応するとゆうやつです．

フライバック・コンバータでMOSFETの最大VDSをVinにするには，紹介した資料のp.11の2石フォワードを参考に，2石フライバックとします．
http://ww1.microchip.com/downloads/jp/AppNotes/0 …
そうするとこのMSFETとか，
http://rohmfs.rohm.com/en/products/databook/data …
このダイオードが使えるかも知れません．
http://rohmfs.rohm.com/en/products/databook/data …
回路を解析して設計すればわかると思いますが，2石フライバックではDuty比は50%未満にすることが必須です．
ドライブは一般にトランス使いますが，主任技術者相当の技能と相応の基礎技術で設計できるはずです．

この手の試作で問題なのが，オシロのプローブです．
高圧プローブはできるだけ入力容量の少ない物，高圧差動プローブは上側MOSFETのゲートは計観測用に必須です．
また，電流プローブもあった方が良いでしょう．

頑張って下さい．

No.1 回答者： bogen555 回答日時： 2015/04/02 17:14

1000V（！！！！！）から5Vを作る回路って，危険だから初心者は止めた方が良いですよ．

UC3845はUC3842～UC3845シリーズの古典的な電流モードの制御ICで，UC3842/43がフォワード用，UC3844/45がフライバック用と言われてます．
フォワード・コンバータはDuty比が50%以下でMOSFETの耐圧が入力電圧Vinの倍以上必要だから，実験している1000Vだと2kV以上，普通は3kV耐圧のMOSFETでしょうか？
フライバック・コンバータのMOSFETの耐圧は，VinとDuty比で決まるから，実験している1000Vだと1.5kV以上でも設計によっては大丈夫でしょう．

フライバック・コンバータICでよく使われているのは，Power IntegrationsのTOPswitchです．
http://ac-dc.power.com/ja/products/topswitch-fam …
データシートを見ると，Vinが85V～265VACでもチャンと動作しています．
http://ac-dc.power.com/sites/default/files/produ …

Vinが大幅に変動しても，MOSFETの耐圧をある電圧以下に抑えるためには，Duty比をVinが高くなったら低くすることが必要で，逆にVinが低くなったら高くする必要があります．
Vinが85V～265VAC（整流後の直流電圧は一般に100V～375VDC）で動作し，全範囲である程度の効率を確保するために，Duty比の最大値（Vin=100VDC）を決めます．
もし，Vinを100V～375VDCの低圧にできるならPower Integrationsには親切な設計サポートがあり，
http://ac-dc.power.com/ja/design-support/pi-expe …
設計したトランスも「トランスサンプル　即納サービス (RTSS)」で送ってくれるから利用したらどうでしょうか？

スイッチング電源 (SMPS)のトポロジについては，ここに分かり安い資料があるから読んだらどうでしょうか？
http://ww1.microchip.com/downloads/jp/AppNotes/0 …
http://ww1.microchip.com/downloads/jp/AppNotes/0 …

また基礎から勉強したければ，世界的に定評ある電源教科書を薦めます．
http://www.amazon.co.jp/dp/0792372700
自分の学力に自信があれば，日本語だとこれですが，本当に高度な基礎学力を要求されます．
http://www.amazon.co.jp/dp/4339005932

この回答へのお礼

ご指導誠にありがとうございます。
特に1000Vだからといって危険はないと考えています。電気工学科修士卒ですので主任技術者相当の技能と相応の基礎技術は持っております。

Vin>1000Vでないと意味が無いのです。通常のユニバーサル入力電圧程度でしたら優れた設計の製品が星の数ほど有りますが、1000Vとなると現状では某メーカ（イサハヤ）が試作品を作っている程度と聞きます。

参考書のご提示誠にありがとうございます。英文でも問題ありませんが和文を購入しようかと思います。多分通読はせず辞書のように困ったときに使う使い方と思いますが・・。

さて、メインの疑問、Dutyが50%以上のICが上市されている理由をお聞きしたいのですが・・・。いかがでしょうか。

お礼日時：2015/04/02 17:38