整流回路の突入電流を解析してみよう！　2018.12.10


こんな投稿がありました。


突入電流は以前(2011年）に高精度アンプは実現するか？で検討したことがありますが、改めて解析するしてみることにしました。
なんせ７年間のことなので完全に忘れています。というか、もうすこしパラメータを色々と変えて計算してみましょう。

まずは簡単なモデルで

単純な整流回路とコンデンサの組み合わせでの解析です。トランスの巻き線抵抗はR1（０．１Ω）としています。
トランスに見立てた電圧出力は振幅１０Vなので、AC7V程度を想定しています。
平滑コンデンサはC1です。本来は平滑コンデンサのtanδなども考慮する必要がありますが、ここでは無視です。

まずはこんな単純な回路で罫線です。

計算してみましょう！
上記のモデルでコンデンサの容量を1000uFから1000 000uF(=1F)まで変えた場合の突入電流を計算してみました。
コンデンサの容量が上がるほど突入電流が増えてきますが、トランスの巻き線抵抗から想定される最大電流を超えることはありません。
すなわちトランスの巻き線抵抗が0.1Ωで、トランスの電圧出力が最大で10Vですから100Aが最大電流になります。
最大電流100Aですが、さすがにコンデンサの値が１F程度になると（現実的にはありえませんが）、79A程度まで突入電流が流れることになります。
一般的には大きくても10000uF程度でしょうから、この場合は24Aの電流が流れることになります。

R1 C1 波形（青：ｺﾝﾃﾞﾝｻに流れる電流、緑：トランス電圧） 突入電流（A)
0.1 1 000uF 3.2
0.1 10 000uF 24
0.1 100 000uF 64
0.1 1000 000uF
（１F)		 79



コンデンサ容量を横軸にグラフを作成するとこんな感じです。

RA40-144トランスをつかった場合

さきの計算ではトランスの巻き線抵抗は０．１Ωでしたが、この値は極めて小さい値であり、
本来はあまり現実的ではありません。もうすこし実機に沿った値で計算してみたいと思います。
そこでRA40-144トランスの8V出力（⑩-⑪）出力をつかった場合を計算してみました。
巻き線抵抗値は0.735Ωになります。


RA40-144の⑩-⑪のAC8Vの出力をつかう場合を想定してみましょう！

計算結果は下図の通りです。コンデンサの容量を10000uFとした場合で突入電流は10A程度になることがわかります。

コンデンサ容量10000uFで突入電流は10A程度です。

汎用の整流ダイオードでも十分ですね。
よくつかう汎用の整流ダイオードは１Aタイプの１N400○だったりします。
このダイオードの許容される突入電流は最大で30Aです。ということで、上記の解析のように平滑コンデンサが10000uFであった場合の
突入電流10Aに対してはかなり余裕があることになります。

よくつかう汎用の整流ダイオードです。１本５円程度と安価です。


突入電流は30Aまで耐えることができます。

RA200-084トランスの場合だとどうかな？

さて、パワーアンプ用に設計したRA200-084トランスの場合はどうなるかも計算してみました。
もっとも電流を取り出す２次出力は下図の⑦－⑨出力のAC22V×２になります。この部分で計算してみましょう。
巻き線抵抗値は0.435Ωと結構低いです。

RA200-084でも計算してみましょう。対象は電力増幅段につかう⑦－⑨出力のAC22V×２です。

結構流れます！
コンデンサの容量をどのくらいで設定するにもよりますが、かなり積み込むとして100　000uFと想定すると突入電流は130A程度流れます。
まあコンデンサ容量を１Fとしても140A程度ですから、ほぼこの辺りの値で飽和するということでしょう。

RA200-084トランスのAC22V×２出力を用いた場合の突入電流です。

このRA200トランスを使用するときに用いるかもしれない整流ダイオードですが、たとえば下記のような２００V１５Aのショットキーのブリッジをつかうことがあるかもしれません。
容量的には15Aと十分ですが、許容できる突入電流は200Aです。計算値が130Aですから、あまり余裕はありません（2倍以下の安全係数）。
130Aという値は、計算上の最大値なので本来はもっと小さい値になるでしょうが、やはり安全係数は大きく欲しいものです。
ということで、電流抑制回路（抵抗を直列につないで一定時間後に抵抗を短絡）はあったほうがいいということでしょうね。

これあたりのブリッジダイオードが使うにはあってそうです。


許容できる突入電流は200Aです。あまり余裕はないですね。

今回は突入電流を思い出したように計算してみました。

（おしまい？）