メディア

電磁気学入門（7）降圧コンバーターの設計事例や損失計算： DC-DCコンバーター活用講座（50）（1/4 ページ）

電磁気学入門講座。今回は、降圧コンバーターの設計事例や、損失計算について解説します。

» 2024年01月23日 10時00分公開

降圧コンバーター設計事例

　実際のアプリケーションに対して、適切なインダクターをどうやって選択するかを説明するために1つの例を示します。この例では、12Vバッテリーから安定化5V出力を提供する降圧レギュレーターを設計することを目標とします。性能仕様要求は以下の通りです。

入力電圧：9～14VDC
出力電圧：5VDC
出力電流：1A
出力電圧リップル：100mVp-p max.
スイッチング周波数：120kHz
動作温度：周囲温度0～+85℃

　最初は、最悪の場合のデューティサイクルの計算です。これは、入力電圧が最大のときに発生します。

式1：デューティサイクルの計算

　次は、許容する出力リップルを決定します。20～40％の範囲が実用的な範囲で、最大リップル電流を30％に想定します。インダクタンスは以下の式で計算します。

式2：インダクタンスの計算

　ほとんどのパワーインダクターの許容差は±20％なので、要求仕様を保証するために100μHのインダクターを選択する必要があります。

↑連載一覧へはアイコンをクリック↑

　負荷電流は1Aですが、インダクターのピーク電流は15％高くなることから、I_sat≧1.15Aのパワーインダクターを選ぶ必要があります。I_satの値はそのインダクターのデータシートに示されています。しかし、この仕様には一致した定義がないので、メーカー間の比較においては少々注意が必要です。定評のあるメーカーは、インダクタンスが10％降下した時の値をI_sat値としています。他では30％かそれ以上を使っている場合があります。

　電流定格は一般に、コア温度が周囲温度から40℃上昇した時の電流ですが、これもメーカー間で条件が同じとは限りません。最大周囲温度の+85℃では、コア温度は最大定格の125℃に達します。従って、この設計に定格が1A以上のインダクターを使用することは道理にかなっています。降圧コンバーターに関しては、経験則から少なくても負荷電流の1.5倍の定格のものを使います。

　最後に選択する部品は、出力フィルターコンデンサーです。DC-DCコンバーター活用講座（23）：DC-DCコンバーターのバックリップル電流対策の式1から、必要な容量を求めることができます。