平滑回路の特徴について

質問

(1)平滑回路には、コンデンサインプット形とチョークコイルインプット形がありますが、
コンデンサインプット形は、高電圧が得られるが、電圧変動が大きい
チョークコイルインプット形は、電圧変動が小さいが、高電圧が得られない
とあるのですが、この理由と言うか、回路を見てもなぜそうなるのかがわかりません。両者の特徴についてその原理を教えていただけないでしょうか。

(2)また、平滑回路にさらに直流にするためろ波回路なるものをつけるとあるのですが、どういうものなのでしょうか。

(3)また、このチョークコイルとはどういったコイルなのでしょうか？構造など一般的にいう鉄心に巻きつけたようなコイルとは違うのでしょうか。

回答No.2

foobar · ベストアンサー

1．コンデンサ入力型では直流電圧が（理想的には）整流器出力のピーク値（交流電圧のピーク値）になります。それに対してチョーク入力では（理想的には）平均値になります。（チョークコイルが電圧の脈動分を吸収するため）
結果、コンデンサインプットの方が電圧が高くなります。（単相全波整流で1.5倍くらい)
また、コンデンサ入力では、交流一周期のうち、ダイオードが導通している時間は短くて、大半の期間はコンデンサから負荷電流を供給しています。このため負荷電流が増えるとコンデンサ端子電圧の低下が大きくなって、リプル電圧が増えると同時に平気電圧が下がります。
これにたいしてチョーク入力では、ダイオードが連続して導通していて、電圧低下が抑えられます。（ただし、チョークコイルが有効に働いてダイオードを連続して導通させるためには、コイルに常に電流が流れるよう一定以上の負荷電流を流す必要があります。軽負荷から無負荷の部分では急速に電圧が変化します。）

2．電圧の脈動分を除去する回路です。通常は直流電圧を安定化する回路が同時にフィルタ（ろ波）の機能も持っています。（ちなみに、チョークコイルや平滑コンデンサもろ波回路（の一種あるいは一部）です。

3．直流電流を流せるように作られているコイルです。普通に鉄心にコイルを巻いただけだと、直流電流で鉄心が磁気飽和してコイルとして作用しなくなります。これを防ぐために直流用のコイルでは鉄心の途中にギャップをつけて磁束密度が上がり過ぎないようにしています。

お礼

ありがとうございます。
回答１．の「コンデンサ入力では、交流一周期のうち、ダイオードが導通している時間は短くて・・・」また、「チョーク入力では、ダイオードが連続して導通していて・・・」のダイオードとはどのダイオード（どことどこをつなぐ？）なのでしょうか。
○チョークコイルは、脈動を吸収するとありますが、するとチョークコイルインプット形では後にあるコンデンサはどのような役割をするのでしょうか。またコイルを出た（コンデンサ入口）波形はどのようになるんしょうか。

回答No.4

foobar

＃２お礼欄に関して
・ダイオードは、整流回路のダイオードです。
・チョークコイルが脈動電圧を吸収する（コイル両端に脈動電圧が出る）ときには、コイルに脈動電流が流れる必要があります。コンデンサは、（定性的、理想的には）一定出力電圧の元で脈動電流を吸収する役割をもちます。

回答No.3

noname#101087

(1) と (2) について、補足だけ....。

ふつうの定義は、
　　コンデンサインプット形は「負荷にコンデンサを並列接続しただけの形」
　　チョークインプット形は「整流出力をまずチョークコイルに入れ、そのあとに負荷とコンデンサの並列接続したものをつないだ形」
みたいですね。

平滑回路は「ろ波回路」の一種です。
上記の定義だと、
　　コンデンサインプット形の場合は、「ろ波回路」の次数が 1次
　　チョークインプット形の場合は、「ろ波回路」の次数が 2次
になるので、(1) のようなことになるのでしょう。

(2) は、既存のコンデンサインプット形／チョークインプット形の平滑回路に「ろ波回路」を付加するようなイメージでしょうか？
それでも、リップル含有率を低減できますけど.... 。
そんな区分をせず、一体化した高次の「ろ波回路」を設計したほうが、占拠スペースを小さくできる場合が多いでしょう。
奇数次なら、コンデンサインプット形のほうが、ふつうは小型になるでしょう。(チョークコイルの個数を少なくできるから)

お礼

ありがとうございます
回答(1)のコンデンサインプット形は「負荷にコンデンサを並列接続しただけの形」ではなく、コンデンサと負荷の間に直列（というかわかりませんが）にチョークコイルが組み込まれています。

回答(2)については、私の勉強不足のためよくわかりません。資料の記述でしたので・・・質問しながら、意味を理解しておらず申し訳ございませんでした。

回答No.1

isoworld

電気電子工学が専門で、長年エレクトロニクス回路の設計・製作を手がけてきました。その経験からすると「コンデンサインプット形は高電圧が得られるが、電圧変動が大きいチョークコイルインプット形は電圧変動が小さいが、高電圧が得られない」という感触はありません。

　パワーアンプのような電源消費電流の大きな電源回路には、整流波形の平滑にチョークコイルを使うのがふつうですが（むかしの真空管アンプ時代はそうでしたが、いまはスイッチングレギュレータを使うのでそうなるのでしょうね）、電源消費電流がそう多くない信号処理系の回路では、チョークコイルを使った電源平滑はまず使いません。

　チョークコイルは鉄心にコイルを巻きつけただけのものですが、直流が流れるために容易に鉄心が飽和するようでは効果が薄れます。ですから飽和しにくい材質の鉄心が必要です。またコイルの巻き方にも工夫が要ります。

　このように平滑しても電源リップルは十分に取り切れませんので、回路に電源として供給する際には、さらに例えば抵抗と電解コンデンサなどできれいな直流に均します。エレクトロニクス回路設計の観点からは、３端子レギュレータを使えばリップルがほぼ完全に除去でき、かつ安定した電圧が得られえますので、これが重宝します。

　なお、チョクコイルを使った平滑回路では、当然ながらその図体も重量も大きくなり、価格もかさみます（スイッチングレギュレータを除く）。

お礼

ありがとうございました。
なかなか学問と実務は違うものですね。
現実は実務優先なんでしょうが、今のところは机上の勉強しかできないものでして。。。
なかなか現実離れしているのかもしれませんが、学問の勉強をもっとしていきたいと思います。