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）（4/4 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。

[Steve Roberts（RECOM），EDN Japan]

MOSFET損失の算出

　スイッチングFETの電力消費は以下の式で算出できます。

式9：FETの電力消費

　電力損失のワーストケースはV_inが最大で負荷も最大のとき。

　R_{DS_ON}が0.026Ωの一般的なパワーFETの場合

ダイオード損失の算出

　ダイオードの電力消費は以下の式で算出できます。

式10：ダイオードの電力消費

　電力損失のワーストケースは同様にV_inが最大で負荷も最大のとき。

　V_Fが0.5Vの一般的なダイオードの場合

　インダクター1を使った降圧コンバーターの合計損失は、0.198W＋0.073W＋0.321W＝0.59Wになります。これは、ワーストケースの全負荷時の効率が89.4％であることを示しています。公称入力電圧の12Vのときは、効率は若干向上し90％になります。

　これは、ハンダごてをもつ前に確認できることです。

昇圧コンバーターの設計

　設計仕様を昇圧コンバーターに変更する場合は、前述の式を変更する必要があります。

　式1で示したデューティサイクルの計算式は以下に変更になります。

式11：昇圧コンバーターのデューティサイクルの算出

　必要なインダクターの計算は以下の式になります。

式12：昇圧コンバーターのインダクターの算出

　インダクターの平均電流は、もはや単純に最大出力電流ではありませんが、I_out/1−δに等しくなります。一般的なデューティサイクル50％では、インダクター電流は出力電流の倍になります。実際には、安全な動作周囲温度85℃以内であるためには、定格が最大出力電流の4倍のインダクターを選択することになります。より太い巻き線は、表皮効果により、まれにインダクターの電力消費に影響を与えます。

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執筆者プロフィール

Steve Roberts

英国生まれ。ロンドンのブルネル大学（現在はウエスト・ロンドン大学）で物理・電子工学の学士（理学）号を取得後、University College Hospitalに勤務。その後、科学博物館で12年間インタラクティブ部門担当主任として勤務する間に、University College Londonで修士（理学）号を取得。オーストリアに渡って、RECOMのテクニカル・サポート・チームに加わり、カスタム・コンバーターの開発とお客様対応を担当。その後、オーストリア、グムンデンの新本社で、RECOM Groupのテクニカル・ディレクタに就任。

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※本連載は、RECOMが発行した「DC/DC知識の本　ユーザーのための実用的ヒント」（2014年）を転載しています。