DC-DCコンバータの種類
さまざまな種類のDC-DCコンバータを比較し、リニア対スイッチモード、降圧、昇圧、降昇圧、トランスベースのアイソレーテッドなどを含み、お客様が最適なものを選べるようにします。
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、ある電圧レベルから別の電圧レベルに直流電流（DC）の供給源を変換する電源の一種です。DC/DCコンバータには線形とスイッチングの2種類があります。線形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えてから異なる電圧でそのエネルギーを出力します。蓄えはインダクタやトランスフォーマー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行われます。トランスフォーマーを基にしたコンバータは入力と出力の間に絶縁を提供します。 スイッチモードの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です。
- スイッチング周波数が高いため、受動部品が小さく、損失が低いため、熱管理が簡素化されています。
- スイッチングレギュレータ内でインダクタに蓄えられたエネルギーは、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（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も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。リニア回路と比べてノイズが多く、制御ループという形でのエネルギーマネジメントが必要です。幸いなことに、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作業が容易になっています。
非絶縁型DC/DCコンバータ
降圧/バックコンバータ
通常の非絶縁ステップダウンまたは降圧コンバータでは、出力電圧 VOUT は、入力電圧 VIN と電力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: 基本的なステップダウンまたは降圧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DC/DCコンバーターは、同じ数のパッシブ部品を使用しますが、入力電圧を昇圧するように配置されており、出力が入力よりも高くなります。
図2: 基本的なブーストDC/DCコンバータトポロジ。
昇降圧コンバータ
通常のバックブーストDC/DC回路は、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できます。出力電圧は以下のように与えられます。 VOUT = -VIN *D/(1-D) 上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ています。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
トランスベースの絶縁型DC/DCコンバーターには主に2つのタイプがあります：フライバックとフォワードです。どちらのタイプでも、トランス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、バック・ブーストのように動作しますが、エネルギーを蓄えるためにトランスを使用します：
図4: 基本的なトランスを使用したフライバックDC/DCコンバータトポロジー。
フォワードトポロジでは、トランスはスイッチが閉じているときに一次から二次へエネルギーを転送するために伝統的な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で表されており、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MOSFETによる整流に置き換えられると、同期整流と呼ばれ、コンバーターは同期DC/DCコンバーターと呼ばれます。
さらに電源に関する知識をお求めですか？スイッチング電源がどのように設計を最適化できるか学ぶには、スイッチモード電源の動作方法についての詳細をご覧ください。また、プロジェクトに無停電電源装置が必要かどうかも確認できます。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支援します。
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