相補PWMと同期整流-電気系ものづくりブログ

DC/DCコンバータやモータコントローラなどで出てくる「相補PWM」と「同期整流」という用語。同じことを言っているような、違うような？

結論から言うと、このふたつはチョッパでは"ほぼ"同義です。（相補PWMで同期整流する）

今回は、相補PWMと同期整流についてやっていきたいと思います。

相補PWM

相補PWMとは？

相補PWMとは、「相補」な関係のPWM波形のことです。うん、何言ってるのか分かりませんね。「相補」って、日常生活では（おそらくあまり）使わない言葉だと思います。

図でみるのが早いので、図にすると

こんな感じです。あるPWM波形「A」と、その反対の波形「B」は、「相補な波形」です。この正相・逆相のPWMのペアを「相補PWM」と呼びます。

「相補」というと、なんだかよく分からない感じですが、要は反転した波形ということです。

ちなみに、「相補」は英語で「Complementary：コンプリメンタリ」です。和訳文書などで"コンプリメンタリなPWM出力"とか書かれることがあります。

どう使うのか？

さて、この相補なPWMのペアですが、どう使われるのでしょうか。

パワエレでHigh SideのスイッチとLow Sideのスイッチに相補PWMをかける、というのがよく用いられる使われ方です。

このとき、High SideとLow Sideのスイッチが同時にONとなる危険があります。

High SideとLow Sideのスイッチが同時にONとなると、貫通電流が流れます。

この貫通電流を防ぐために、「デッドタイム」を相補PWM波形に付加します。(High SideとLow Sideが確実にOFFとなる時間を設ける)

デッドタイムは「オンディレイ」でつくるのが慣習です（だと思う）。

「オンディレイ」は波形の立ち上がりエッジを遅らせる方法のことです。立ち下りエッジはそのままです。

同期整流

同期整流とは？

同期整流とは、ダイオードをMOSFETで置き換えることです。

"同期整流"という名称

"同期整流"という名称ですが、なんだか分かりにくいと思いませんか？"同期"（←何に？）"整流"(←整流なのか？)

おそらく、同期整流という名前は

MOSFETにかかる電圧（または、流れる電流）に同期してMOSFETをON/OFFして、あたかもダイオードのように整流する

ことから名付けられたのかな？と思ってます。ただし、個人的に、勝手にそう思ってるだけなので、ひょっとすると全くの的外れかもしれません。

なぜダイオードをMOSFETで置き換えるのか

さて、同期整流では、なぜわざわざダイオードをMOSFETに置き換えるのでしょうか。ダイオードのままにしておけば、自動でON/OFFされるのに、MOSFETに置き換えるとON/OFFを制御する必要がでてきて、回路が複雑化してしまいます。

にもかかわらず、ダイオードをMOSFETに置き換える主な理由は、損失低減です。

ダイオードによる損失は、順方向電圧VF×流れる電流Iで求まります。VF=0.5(SBDを想定)、I=3とした場合、損失は1.5Wとなります。MOSFETによる損失は、流れる電流Iの2乗×ON抵抗Ronで求まります。ON抵抗は、MOSFETをON状態にしたときに残る抵抗値のことです。I=3、Ron=0.01とした場合、損失は0.09Wです。

この場合、ダイオードをMOSFETに置き換えることで、損失を1.5W→0.09Wと大幅に低減することができます。