スイッチングDC-DCコンバータの種類
さまざまな種類のDC to DCコンバータを比較し、リニアとスイッチモード、降圧、昇圧、降圧昇圧、トランスベースの絶縁型を含めて、適切なものを選ぶことができます。
DCコンバータとは？ リニアコンバータとスイッチモードコンバータの比較
DC/DCコンバータは、ある電圧レベルの直流（DC）の供給源を別の電圧レベルに変換するクラスの 電源 です。DC/DCコンバータには、リニア型とスイッチ型の2種類があります。リニア型DC/DCコンバータは抵抗の電圧降下を利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コンバータは入力エネルギーを周期的に蓄積し、そのエネルギーを異なる電圧で出力に解放します。蓄積は、インダクタ や トランスフォーマのような磁場コンポーネント、または コンデンサ のような電場コンポーネントに関することができます。トランスフォーマに基づくコンバータは、入力と出力の間にアイソレーションを提供します。 スイッチモードDC/DCコンバータは3つの主な利点を提供します：
- 電力変換効率が非常に高い。
- スイッチング周波数が高いため、受動部品が小さく、損失が少ないため熱管理が簡単です。
- スイッチングレギュレータのインダクタに蓄積されたエネルギーは、入力よりも小さい出力電圧（降圧またはバックス）、入力よりも大きい電圧（昇圧）、または逆極性のバックブースト（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低い電圧しか生成できません。多くの利点がある一方で、スイッチングDC/DCコンバータにはいくつかの欠点もあります。リニア回路に比べてノイズが多く、制御ループの形でのエネルギー管理が必要です。しかしながら、現代のスイッチングモードコントローラーチップにより、制御タスクは容易になっています。
非絶縁DC/DCコンバータ
ステップダウン/降圧コンバーター
典型的な非絶縁型降圧コンバータまたはバッコンバータでは、出力電圧 VOUTは入力電圧 VINとパワースイッチのスイッチングデューティサイクル D に依存します。
図1: 基本的な降圧型DC/DCコンバータのトポロジー。
昇圧/ブーストコンバータ
基本的な昇圧型DC/DCコンバーターは、同じ数の受動部品を使用しますが、入力電圧を昇圧して出力が入力よりも高くなるように配置されています。
図2: 基本的な昇圧型DC/DCコンバータトポロジー。
Buck-Boost Converter
一般的なバックブースト DC/DC 回路は、入力 DC 電圧をデューティサイクルに応じて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与えられます: VOUT = -VIN *D/(1-D) 上記の方程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逆転します。そのため、バックブーストコンバーターは電圧インバーターとも呼ばれます。
図3: 一般的な昇降圧DC/DCコンバータのトポロジー。
絶縁型DC/DCコンバータ
2つの主な変圧器ベースのアイソレーティング DC/DC コンバータのタイプがあります: フライバックとフォワードです。これらの両タイプでは、変圧器が入力と出力の間の絶縁を提供します。 フライバックタイプは、降圧-昇圧のように動作しますが、エネルギーを保存するために変圧器を使用します:
図4: 基本的なトランスをベースにしたフライバックDC/DCコンバータトポロジ。
フォワードトポロジーでは、スイッチが閉じたときにトランスフォーマーが一次側から二次側にエネルギーを転送するために、従来の方法で使用されます。
これらの例では、スイッチングMOSFETは理想的なスイッチとして表され、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ーです。しかし、従来のダイオード整流器が整流用にMOSFETに置き換えられると、同期整流と呼ばれ、このコンバータは同期DC/DCコンバータと呼ばれます。
電源供給についてもっと知りたいですか？スイッチング電源がどのように設計を最適化できるかについて詳しく知るには、スイッチモード電源の動作についての詳細説明をご覧ください。また、あなたのプロジェクトが無停電電源装置を必要としているかどうかを判断することもできます。AC/DCソリューションが必要ですか？この記事が適切な選択をする手助けとなります。
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