チョッパ制御とは

こちらの記事では、モーター制御方式のひとつである「チョッパ制御」を紹介しています。どのような制御方式なのか、どのような特徴があるのかといった点についてまとめています。

チョッパ制御は制御方式

電流のON / OFFを高速に繰り返し、直流また交流電源から実行値として任意の電圧・電流を擬似的に作り出す制御方式を「チョッパ制御」と呼びます。「チョッパ（chopper）」とは、「切り刻むもの」という意味を持つ英語ですが、電流を切り刻むように制御している、というイメージを持つとわかりやすいのではないでしょうか。この制御方式は主に電車の主電動機の制御や、直流安定化電源（ACアダプタ）などに用いられています。

制御には「降圧チョッパ」と「昇圧チョッパ」があります。「降圧チョッパ」は入力電圧より出力電圧を下げる制御であり、「昇圧チョッパ」はスイッチング時に発生したスパイク電流により、入力電圧よりも上げる制御を指しています。

チョッパ制御の特徴

チョッパ制御の特徴として、任意の電力を取り出す際に熱によるエネルギー損失が少ない点が挙げられます。これは、チョッパ制御の場合は制御素子（サイリスタやパワートランジスタなど）によって高速で電流のON / OFFを行い、必要な電力を取り出すためです。対して、抵抗制御やシリーズレギュレータを用いた方式の場合、余分な電力は熱として捨てられることになるため、チョッパ制御の方が損失が少なくなります。

また、チョッパ回路の場合は素子の高速スイッチングによりコンパクトな回路設計を行ったり、高周波変換によってトランスの小型化が可能な点も特徴として挙げられるでしょう。加えて、高速スイッチングによって生じる雑音や振動が少ないことから、動作が静かであるという面もあります。

非絶縁型と絶縁型のDC-DCコンバータ

チョッパ方式のDC-DCコンバータは、スイッチング素子とチョークコイル・コンデンサ・ダイオードなどを組み合わせたシンプルな回路である点が特徴で、多くの場面で使用されています。チョークコイルは、スイッチがONになり電流が流れ込むとエネルギーを蓄え、スイッチがOFFになった時に蓄えてきたエネルギーを放出します。このことで、電流変化を妨げる向きに誘導電流を流しますが、スイッチONの時間が長いほど出力電圧が上がります。ちなみに、チョッパ方式のようなDC-DCコンバータは「非絶縁型」と呼ばれています

それに対し、コアに1次巻線と2次巻線を巻いたトランスを用いたDC-DCコンバータを「絶縁型」と呼びます。絶縁型の場合、1次巻線に電流の変化が起こると、電流方向と反対向きの起電力が発生します。

そして、コアを通じた磁束変化によって2次巻線にも起動力が発生することで誘導電力が流れる、という仕組みになっています。この場合、トランスによって入力側・出力側が電気的に絶縁されていることから、このようなDC-DCコンバータは「絶縁型」と呼ばれています。