電源トポロジー
電源トポロジー
電源トポロジーとは、電源回路の構成方法のこと。
例えば、DC-DCコンバータの電源トポロジーは、入力電圧と出力電圧の関係から大きく以下の四つに分類される。第1に出力電圧が入力電圧よりも低い「降圧型」。第2に出力電圧が入力電圧よりも高い「昇圧型」。第3に出力電圧が入力電圧よりも高い場合と低い場合の両方に対応できる「昇降圧型」。第4は出力電圧の極性が入力電圧の逆になる「反転型」の四つの回路である。
いずれの回路も、スイッチング素子とダイオード、インダクタ、コンデンサといった四つの素子だけで構成可能である（図1）。この四つの素子の組み合わせ方を変えれば、いずれの電源トポロジーにも対応できることになる。
SEPICとは何もの？
電源トポロジーは上記の四つ以外にも存在する。例えば「SEPIC」である。アナログ半導体メーカーが製品化しているDC-DCコンバータ制御ICのデータシートの中に構成可能な電源トポロジーとして「SEPIC」の名前が記載されていることが多い。目にされたことがある方も多いだろう。SEPICとは何だろうか？
SEPICとは、Single Ended Primary Inductor Converterの頭文字をとった名前で、「セピック」と発音する。昇降圧型に対応したDC-DCコンバータ・トポロジーの一つだ。回路のアイデア自体は30数年前から存在していたが、広く普及し始めたのは10年ほど前からである。その理由は、回路を構成する素子数が多く、回路動作も複雑な点にあった（図2）。ただし、半導体技術の進歩で、SEPICに対応したDC-DCコンバータ制御ICの実用化が始まり、現在では容易に構成することが可能になっている。
SEPICのメリットは、一つの回路で昇圧と降圧の動作が実現できることに加えて、入力電圧に現れるリップル成分が非常に小さいことが挙げられる。ただし、出力電流のリップル成分は比較的大きい。このため比較的消費電流が少ない携帯型電子機器には最適なトポロジーと言えるが、大電流用途には向かない。
フライバック、フォワードとは？
ここまでの説明は、入力と出力の間で絶縁を確保していない非絶縁タイプのDC-DCコンバータ・トポロジーが対象だった。従って、トランスで絶縁を確保した絶縁タイプのDC-DCコンバータには、前述した構成とは異なるトポロジーがある。
代表的なトポロジーとしては、フライバックとフォワードが挙げられる。いずれも回路構成は似ているが、動作の仕組みが異なる。フライバックは、スイッチング素子がオンの期間にインダクタンス成分にエネルギーを蓄え、このエネルギーをオフの期間に出力する方式だ。一方のフォワードは、スイッチング素子がオンの期間に、エネルギーを一次側から二次側に送る方式である。
フライバックは、出力電力容量が大きな電源回路には適しておらず、小容量の電源回路で使われている。さらに、広い入力電圧範囲に対応できるというメリットがあるが、比較的大きなピーク電流がスイッチング素子やインダクタに流れるというデメリットを抱えている。フォワードは、より大きな電力を取り出しやすく、安定した制御を実現できるため多くの電源回路で使われている。
テキサス・インスツルメンツのインタフェース製品ラインアップ
これだけは知っておきたいアナログ用語 バックナンバー
- DC-DCコンバータ
- スイッチング周波数
- POLコンバータ
- 同期整流
- LED駆動における直列接続と並列接続
- LED駆動と位相調光
- PWMとPFM
- 電源トポロジー
- EMI
- 特性インピーダンス
- SSCG
- コモン・モード雑音
- パワーMOSFET
- リニア・レギュレータ
- 電源シーケンス
- インダクタ
- コンデンサ
- 電源回路の制御モード：電圧モード制御、電流モード制御、リップル制御
- 熱抵抗
- オペアンプ
- A-Dコンバータ
- 計装アンプ
- パッシブ・フィルタ
- アクティブ・フィルタ
- ジッタ
- 8B10B
- 挿入損失（インサーション・ロス）と反射損失（リターン・ロス）
- AC結合とDC結合
- SDIとは
- プログレッシブとインターレース
- 差動プローブ
- プリエンファシスとデエンファシス
- イコライザ
- ヒステリシス制御方式
- コンスタント・オンタイム制御方式
- ECM
- ホットスワップ
- AWG
- クロック・データ・リカバリ
- LVDS
- アイ・ダイアグラム
- USB3.0
- フライバック方式
- 力率改善回路（PFC）
- MEMS
- KGD
- D-Aコンバータ
- 中間周波数
- SEPIC（セピック）
- スイッチング・レギュレータ
- ハプティクス（触感フィードバック）
- 圧電素子（ピエゾ素子）
- PSRR（電源電圧変動除去比）
- 負荷過渡応答
- FOD（異物検出機能）
- WPC（ワイヤレスパワーコンソーシアム）
- JESD204B
- SNRとSFDR
- 電池残量計IC
- Liイオン2次電池
- トライアック
- 定電流電源
- センサ
- アナログ・フロント・エンド（AFE）
- 高精度アンプ
- シグナル・チェーン
Copyright © ITmedia, Inc. All Rights Reserved.
提供：日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
アイティメディア営業企画／制作：EDN Japan 編集部／掲載内容有効期限：2013年3月31日
設計に役立つヒント集
宮崎 仁のQ＆Aでよく分かるマイコン基礎の基礎：
第24回 割り込みっていろいろあるのですか？どんな種類があるか教えてください。
今回は、外部割り込み、内部割り込み、ソフトウェア割り込みについて詳しく解説しています
●全文を読む
電源IC選択のヒント集
電源IC 使用時の注意点をわかりやすく説明しているほか、使用時に発生する可能性のあるさまざまなトラブルとその対処法についても紹介しています。ぜひご利用ください。ダウンロードには myTI アカウントが必要です。
●Part 1をダウンロード
●Part 2をダウンロード
アナログ回路設計式一覧ポケット・ガイド
日本語版 PDF
英語版で高い評価を受けてきたポケット・ガイドの日本語版が完成しました。基板レベルやシステム・レベルの回路設計でよく使われるアナログ設計式を紹介しています。ダウンロードには myTI アカウントが必要です。
●ダウンロード
facebook ＆ twitter
ITmediaはアイティメディア株式会社の登録商標です。