タップ式高入力コンバーター（3）計算精度の検証：たった2つの式で始めるDC/DCコンバーターの設計（33）（1/2 ページ）

前回、シミュレーションの前段階として計算できる範囲で各項目を求めてみました。今回はこの設計条件でシミュレーションして、計算の精度を確認します。

[加藤博二（Sifoen），EDN Japan]

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　前回はシミュレーションの前段階として計算できる範囲で各項目を求めてみました。
　今回はこの設計条件でシミュレーションして、計算の精度を確認します。

シミュレーション回路

　シミュレーションに用いた回路図を図1に示します。

図1：シミュレーション回路図

【共通条件】
　　Vout＝5V、RL(R1)＝10(Pout＝2.5W)、N₁＝53T、N₂=5T、L₂=100μk
　　L₁＝(53/5)²×0.1＝11.236mH
　　L_T＝11.236＋0.1＋2√(11．236×0.1)＝13.456mH

条件①　Vcc＝200V時（Vcc＝200V、ton=2.29μs、toff=7.71μs）

　チョークL₂の電流波形の模式図と記号を図2に示します。

図2：チョークL2の電流波形模式図

【計算結果】

・オン期間平均電流I_2(ON)
　I_2(ON)の平均値が電源電流I_(VCC)です。

　　⇒I_(VCC)＝I_2(ON)×δ
　　∴I_2(ON)＝Po/(Vcc×δ)＝2.5/(200×0.229)＝54.59mA

・オン時電流変化ΔI_(ON)

・I_L2のオン時電流変化（I₁〜I₂）
　I_L2はI_2(ON)を中心としてΔI(ON)/2の振幅を持ちます。

　　I_L2(ON)＝54.59−33.2/2〜54.59＋33.2/2＝37.99mA〜71.19mA

・オフ期間平均電流I_2(OFF)
　図2の矩形波近似の図形で計算します。
　オン期間中はL₁とL₂に電流が流れ、オフ期間中はL2にのみ電流が流れます。この点と磁束の連続性（N×I）からオン期間中の電流I_2(ON)は次の手順で計算します。ここでαは巻き数比であり、

です。

　オン期間の面積はI_2(ON)×δであり、オフ期間の面積はI_2(OFF)×(1−δ)です。これら2者の合計面積が出力電流Ioですから次のようになります。

　ここで巻き数比αはα＝5/(5＋53)＝0.0862です。

＜注＞前回はδを0.23として計算しましたが1桁下まで計算するとδ＝0.229です。したがって前回、計算で求めたI_2(ON)はI_2(ON)＝12.5/0.229＝54.59mAとなり巻き数比で換算したI_2(OFF)は633.2mAになります。今回の磁束バランスから求めた632mAとほぼ合致しています。以下の計算ではδの有効桁数は2桁とします。

・I_L2のオフ時電流変化（I₃〜I₄）
　オフ期間中の電流変化ΔIoffはE＝L×ΔI/Δtから次のようになります。

　　Δioff＝E/L×t＝5/100×7.7＝0.385＝385mA

　I₃および、I₄はオン時と同様に考えます。

　　I_(off)＝632−385/2〜632＋385/2＝439.5mA〜824.5mA

・シミュレーション波形
　条件①を設定したLT-Spiceの解析結果を図3に示します。

図3：条件①でのSpice解析結果［クリックで拡大］