ダイオードを使った整流回路の解析：複数のダイオードをカスケード接続した回路：福田昭のデバイス通信（365） imecが語るワイヤレス電力伝送技術（19）（1/2 ページ）

ダイオードを使った整流回路の解析について、複数のダイオードを接続した整流回路兼電圧逓倍回路を解説する。

[福田昭，EE Times Japan]

　（ご注意）今回は前回の続きとなっています。まず前回の内容を読まれることを推奨します。

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複数のダイオードとコンデンサによって整流と逓倍を実現

　前回は、ダイオードを使った整流器（整流回路）を解析する4つの手法の中で、常微分方程式を数値計算によって解く手法と、EDA（Electronic Design Automation）ソフトウェアを使う手法を簡単に説明した。今回は、ダイオードをカスケード接続した回路を使う手法をご紹介する。

ダイオードを使った整流回路の主な解析手法。今回は4番目の手法を扱う［クリックで拡大］ 出所：imecおよびEindhoven University of Technology（IEDMショートコースの講演「Practical Implementation of Wireless Power Transfer」のスライドから）

　複数のダイオードをカスケード接続し、前段のダイオードのアノード側と後段のダイオードのカソード側をコンデンサで結んだ回路を想定する。交流を直流に整流する回路であるとともに、交流電圧を逓倍する回路となる。このような回路は「ビラード・カスケード電圧逓倍回路（Villard cascade voltage multiplier）」、あるいは「コッククロフト・ウォルトン電圧逓倍回路（Cockcroft-Walton voltage multiplier）」などと呼ばれる。

整流逓倍回路の基本動作

　4個のダイオードと4個のコンデンサで構成する整流逓倍回路を考えよう。交流（あるいは高周波）入力に対し、コンデンサは短絡回路と見なせる。このため、4個のダイオードによる入力インピーダンスZ_inは4分の1となる。N個のダイオードとN個のコンデンサで同様の回路を構成したときは、入力インピーダンスはZ_in/Nに減少する。

　直流入力に対し、コンデンサは開放回路と見なせる。従って入力電圧V₀は4倍に増加する（厳密にはコンデンサへの充電を繰り返すことで電圧が倍増する）。N個のダイオードとN個のコンデンサで同様の回路を構成したときは、出力電圧はV₀のN倍に増える。

ダイオードをカスケード接続した回路の例（ビラード・カスケード電圧逓倍回路あるいはコッククロフト・ウォルトン電圧逓倍回路）とそのふるまい［クリックで拡大］ 出所：imecおよびEindhoven University of Technology（IEDMショートコースの講演「Practical Implementation of Wireless Power Transfer」のスライドから）

　ビラード・カスケード電圧逓倍回路を利用した解析方法は2つ選んだ。1つは「Ritz-Galerkin（リッツ・ガラーキン）法」を当てはめる方法、もう1つは「常微分方程式（ODE：Ordinary Differential Equation）」を当てはめる方法である。