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2010年8月27日 (金)

インダクタンスの逆起電力

アナログエンジニアはインダクタンスの「逆起電力」という言葉が嫌いである。この言葉から想起される概念は内容に乏しく、かつスイッチング後の電流が流れる方向や大きさの把握に繋がることが少ないと感じる。

電子回路設計者はインダクタンスを含む回路が苦手な方が多い。インダクタンス回路で多く出会う課題は、過渡現象でありかつ、インダクタンスは純粋なL成分だけでなく、直列寄生抵抗や並列寄生容量も考慮に入れる必要のある場面が多いからだ。

まず、インダクタンスの基本式をV=LdI/dtで考えると、オームの法則と同様にVの方向と電流の方向を逆向きに取っていることを強く意識することが大切だ。電圧の方向と電流の方向を同一方向に定義したV=-LdI/dtの表現もある。

しかも、電流Iの符号とdI/dtの符号は無関係に回路条件で決まるので、「逆起電力」との言葉で考えると、方向が判らなくなる。

私は、普段次のように考える。

電流の流し始めは、V=LdI/dtで考える。Vが正なら電流は増加していく。寄生Rが無視できない値になれば、L・Rの一次遅れ回路として扱う。

スイッチングにより回路の一部が変更された直後には、インダクタンス電流は急変できないので、回路図に記載されていようがいまいが、最も流れやすい経路でSW直前の電流値を保ったまま流れる。経路が判ればインダクタンスにかかる電圧Vが判明し、電流の変化率を知ることができる。ポイントは、インダクタンス電流は急には変化できないという感覚を持つことである。

さらに、dI/dtが大きくなると、小さな各部の寄生容量も寄与し、共振する。

「逆起電力」と言う言葉は、因果関係を逆にしているように思えてならない。これがインダクタンス嫌いの回路屋さんを多く生み出している原因ではないか。

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コメント

 昔、苦手でした。いまでも得意ではないですが…

 最近は、キャパシタ特性の電圧と電流を入れ替えたものだと把握するようにしてます。誰だったかに教えてもらって、そうだったのか!と思いました。

 逆起電力の考え方では電圧値が決まらないので、どこかで設計ができなくなりますよね。
 コンデンサに置き換えれば、電圧を急変させたときの電流値が決まらない、というのと同様で、その考え方ではうまくないことがわかります。

 自分の肌にあった把握の仕方は少しずつ異なると思うのですが、少しずつ、設計ができる=動作が定量的に把握できる方法を身につけていかないといけないですね。

インダクタンスのSWはオフの時が問題ですね。
L分がトランスを構成しているなら、磁束が不連続にならないように、電流の経路を考える必要があります。

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