リニアとスイッチ モード、降圧、昇圧、昇降圧、トランスベースの絶縁型など、さまざまなタイプの DC/DCコンバーター を比較して、適切なものを選択できるようにします。
DCコンバータとは何ですか?リニア コンバータとスイッチ モード コンバータ
DC/DCコンバータは、直流 (DC) 電源をある電圧レベルから別の電圧レベルに変換する 電源 の一種です。DC/DCコンバータには、リニアとスイッチの2種類があります。リニアDC/DCコンバータは抵抗電圧降下を使用して所定の出力電圧を生成および調整し、スイッチモードDC/DCは入力エネルギーを定期的に蓄積し、そのエネルギーを異なる電圧で出力に放出することで変換します。ストレージは、 インダクタ や トランスなどの磁場コンポーネント、または コンデンサなどの電界コンポーネントのいずれかに配置できます。トランスベースのコンバーターは、入力と出力間の絶縁を提供します。
スイッチモードDC/DCコンバータには、主に3つの利点があります。
- 電力変換効率がはるかに高くなります。
- スイッチング周波数が高くなるため、受動部品が小型化し、損失が低減して熱管理が簡素化されます。
- スイッチング レギュレータのインダクタによって蓄積されたエネルギーは、入力より小さい出力電圧（降圧またはバック）、入力より大きい出力電圧（ブースト）、または逆極性のバックブースト出力電圧（インバータ）に変換できます。
スイッチング コンバータとは異なり、リニア コンバータは入力電圧よりも低い電圧しか生成できません。スイッチングDC/DCコンバータには多くの利点がありますが、いくつかの欠点もあります。線形回路に比べてノイズが多く、制御ループの形でエネルギー管理が必要です。幸いなことに、最新のスイッチング モード コントローラ チップにより、制御タスクは簡単になります。
非絶縁型DC/DCコンバータ
本質的には、スイッチングDC/DCコンバーターまたはレギュレーターは、 電源スイッチ、インダクタ、 ダイオード 、およびコンデンサを使用して入力から出力にエネルギーを転送する回路です。これらをさまざまな方法で配置することで、前述の降圧、昇圧、または降圧昇圧（インバータ）タイプを実現できます。
ステップダウン/バックコンバータ
一般的な非絶縁型降圧コンバータまたはバックコンバータでは、出力電圧VOUT は入力電圧VIN と電源スイッチのスイッチングデューティサイクルDによって決まります。
図1: 基本的な降圧型またはバック型DC/DCコンバータ トポロジ。
ステップアップ/ブーストコンバータ
基本的な昇圧DC/DCコンバータは、同じ数の受動部品を使用しますが、出力が入力よりも高くなるように入力電圧を昇圧するように配置されています。
図2: 基本的な昇圧DC/DCコンバータ トポロジ。
昇降圧コンバータ
一般的な昇降圧DC/DC回路では、デューティ サイクルに応じて入力DC電圧を昇圧または降圧することができます。出力電圧は次のように表されます。
VOUT = -VIN *D/(1-D)
上記の式からわかるように、出力電圧は常に入力に対して極性が反転します。したがって、 バックブーストコンバータ は電圧インバータとも呼ばれます。
図3: 一般的な降圧昇圧DC/DCコンバータ トポロジ。
絶縁型DC/DCコンバータ
トランスベースの 絶縁型DC/DCコンバータには、フライバックとフォワードの2つの主なタイプがあります。どちらのタイプでも、トランスは入力と出力間の絶縁を提供します。
フライバック型は昇降圧型のように動作しますが、エネルギーを蓄えるために変圧器を使用します。
図4: 基本的なトランスベースのフライバックDC/DCコンバータ トポロジ。
フォワードトポロジーでは、スイッチが閉じられたときに、トランスフォーマーが従来の方法で使用され、一次側から二次側にエネルギーが転送されます。
これらの例では、スイッチング MOSFET は理想的なスイッチで表され、制御回路は省略されています。これらは非同期型コンバータです。ただし、整流のために従来のダイオード整流器をMOSFETに置き換えると、同期整流と呼ばれ、コンバータは同期DC/DCコンバータと呼ばれます。
電源に関するさらなる知識をお探しですか?スイッチング電源が設計を最適化する方法の詳細については、 スイッチング電源の仕組み。また、 プロジェクトには無停電電源装置が必要です。AC/DCソリューションが必要ですか?この記事 適切なものを選ぶのに役立ちます。