スイッチング電源の回路方式選び


バック・コンバータからフルブリッジ・コンバータまで

電源の回路方式は負荷で決まる

図1　スイッチング電源の最適な回路方式は負荷で決まる．画像クリックで動画再生．詳細は［VOD/KIT/data］実験キットで学ぶ 電源・アナログ回路入門

スイッチング電源は，電力変換技術の中で重要な役割を果たしています．

スイッチング電源の基本的なトポロジは，バック・コンバータ（ステップダウン・コンバータ），ブースト・コンバータ（ステップアップ・コンバータ），バック・ブースト・コンバータ，チューク・コンバータなどさまざまあり，用途に応じて選ぶことが重要です．

バック・コンバータ（buck converter）は，入力電圧をより低い出力電圧に変換するためのトポロジで，電圧を降圧する際に使用されます．

ブースト・コンバータは，入力電圧をより高い出力電圧に昇圧するために用いられます．

バック・ブースト・コンバータやチューク・コンバータは，昇圧と降圧の両方に対応できる柔軟性をもち，広範囲な電圧変換を実現します．

絶縁電源トポロジには，リンギング・チョーク・コンバータ（RCC，Ringing Choke Converter）やフライバック・コンバータ（flyback converter）などがあります．

RCCは，比較的低い出力（30W以下）で使用され，小型で安価な電源ソリューションを提供します．

フライバック・コンバータは，最大250Wまで対応可能で，回路が単純で部品点数が少ないため，コスト・パフォーマンスに優れています．

フォワード・コンバータやダブルエンド・フォワード・コンバータは，より高い出力を必要とする場合に使用されます．特にダブルエンド・フォワード・コンバータ（forward converter）は200Wから1000Wの出力が可能です．

プッシュプル・コンバータは，低い入力電圧で大きな出力を得る用途に向きます．ハーフブリッジ・コンバータややフルブリッジ・コンバータは，大容量の電源に適しています．

フルブリッジ・コンバータは最大2000Wの出力を提供し，さらに大きな出力が必要な場合にはフェイズシフト・フルブリッジ・コンバータが用いられ，設計が複座具ですが安定して高出力を供給します．〈ZEPマガジン〉

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著者紹介

  • 2010年　沼津工業高等専門学校　専攻科　卒業
  • 2010年　FA機器/ハード・ディスク製造装置設計業務に従事．その後ベンチャーにて半導体検査/医科学用電子顕微鏡，半導体製造装置，理化学機器の研究開発設計に従事
  • 2020年　静岡県創業者育成施設審査通過し，個人事業として独立
  • 2022年　株式会社ディスクリテック設立，現在に至る

著書

  1. ［VOD/KIT/data］実験キットで学ぶ 電源・アナログ回路入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/Pi KIT］MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD/KIT］MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD/PiZero KIT］MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD/KIT］すぐ動く！BM83 Bluetoothスタータキット，ZEPエンジニアリング株式会社．
  6. ［VOD］動画で一緒にプリント基板開発 KiCad超入門【KiCad 6対応 完全マニュアル】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  7. ［VOD］動画で一緒にプリント基板開発 KiCad超入門【KiCad 6対応 プロの仕上げ技101】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  8. PCB CAD で初めてのプリント基板製作［第1回］LED の基礎知識
    9. ，株式会社ピーバンドットコム．
  9. PCB CAD で初めてのプリント基板製作［第2回］LED照明用PWM電源の設計，株式会社ピーバンドットコム．
  10. PCB CAD で初めてのプリント基板製作［第3回］CADツール“PCBE”でデータ作成，株式会社ピーバンドットコム．
  11. PCB CAD で初めてのプリント基板製作［第4回］CADデータからプリント基板ができるまで，株式会社ピーバンドットコム．
  12. PCB CAD で初めてのプリント基板製作［第1回］スイッチング電源の回路設計，株式会社ピーバンドットコム．，株式会社ピーバンドットコム．
  13. PCB CAD で初めてのプリント基板製作［第2回］電源基板の設計要点，株式会社ピーバンドットコム．

参考文献

  1. 一人で始めるプリント基板作り，トランジスタ技術Special No.127，CQ出版社
  2. 商用利用OK！噂の完全フリー基板作成ツール KiCad，トランジスタ技術2015年3月号，CQ出版社
  3. 1枚100円も！世界のプリント基板ネット通販メーカ，トランジスタ技術2016年7月号，CQ出版社
  4. 部品の足にジャストフィット!フットプリント作成，トランジスタ技術2017年5月号，CQ出版社
  5. コネクタなどの特殊部品のフットプリントを高速自作!CQ FootprintTracer，トランジスタ技術2017年10月号，CQ出版社
  6. はじめてみませんか？プリント基板ネット通販生活，トランジスタ技術2018年2月号，CQ出版社
  7. 工作実験室で活躍中！高コスパ電子工作ツール一覧，トランジスタ技術2018年12月号，CQ出版社
  8. 成功間違いなし!　BGA配線 10の基本ルール，トランジスタ技術2020年5月号，CQ出版社