3種のDC/DCコンバーターのまとめ（2）ダイオードの選定&Mode IIについて：たった2つの式で始めるDC/DCコンバーターの設計（23）（2/4 ページ）

今回はダイオードの選定について説明するとともに、チョーク電流連続でも平滑キャパシターへのエネルギー供給期間が短くなるMode IIについて説明します。

[加藤博二（Sifoen），EDN Japan]

1-2) 順方向損失（P_F）

　ダイオードの順方向損失P_F（電流損）は平均順方向電流I_F(AV)とその通電率（δ_D）によって変わります。
　ここでは非線形解析の定番中の定番である2直線近似法でP_Fを見積もります。
　図1（a）に等価回路、図1（b）にV_F−I_F特性のイメージを示します。この等価回路の2つのパラメーター（V_f0、Rs）を得るにはカタログのP_F−I_F曲線から値を読み取って表計算ソフトにプロットし、切片0の2次曲線近似の各係数から（V_f0、R_S）を読み取る手法が簡便です。

図1：ダイオード特性の近似

　通電率δ_Dをパラメーターにした複数の損失曲線では2次項の係数として（Rs/δ_D）が求まるので既知のδ_Dを掛けてRsを求めます。

　ここで各記号の定義は次の通りです。

　　　V_f0：順方向降下電圧の値(1次項の係数)　　　　Rs:等価直列抵抗(2次項の係数)
　　　I_F(AV)：平均ダイオード電流(A_DC)　　　　　　　I_M:矩形波状ダイオード電流のピーク値
　　　δ_D：ダイオードの通電時比率　　　　　　　　　I_M＝I_F(AV)/δ_D

［参考］
図1（a）の等価回路においてV_f0に発生する損失P_f0とRsに発生する損失P_Rsはそれぞれ

です。P_Fは両損失の合計になります。

　上記の特性を考慮したダイオードの要求特性を表1のようにまとめました。実設計においては表の算出式から算出した値を実機で検証して判断します。
　特に定格電流と温度については、定格電流を下げて増加した損失を大きなヒートシンクで温度上昇を抑えるなどのトレードオフは頻繁に生じます。

表1：ダイオードの要求定格比較［クリックで拡大］
表のコメント
①項　降圧型のコンバーターのV_R定格についてはスパイク電圧を考慮するように統一しました。
②項　このI_F(DC)値は最小値の目安です。④項で決まるTjの温度制限を優先します。降圧型の値を他モデルと統一しました。
③項　リード部のはんだ付けの信頼性を考慮するならリード部温度T_Lは80〜90℃が望ましいといわれています。この場合、Tjは100℃以下に制限する必要があります。このT_Lが高いとはんだ付け部のクリープ破壊やマイグレーションなどを生じます。
注）各計算式のマージン（係数）の値は各自の設計基準を適用してください。