スイッチング方式のDC/DCコンバーターの昇圧回路 [無断転載禁止]©2ch.net
スイッチング方式のDC/DCコンバータの昇圧の方の回路
よく考えてみるとすごい画期的なんだけど
あとで俺が訪問したサイトのURL貼るけど､電源があって電源に直列にコイルがあって､その後にトランジスタがコイルと反対極に接続してあり
(ゲートはスイッチング制御回路に接続)、
トランジスタの両脇から負荷に延びてる線に整流のため、ダイオード(直列)その後にコンデンサ(並列)な回路なんだが、
そもそもDC/DCコンバータは、スイッチングにより電圧をばらしてそれを継ぎ合わせることで昇圧降圧をなすもので
サイトの説明だと、トランジスタのスイッチングの閉じてる(トランジスタに電流が流れる)状態の時、電源からコイル、トランジスタまでの間に電流が流れ、
コイルに自己誘導による起電力がチャージされ、
スイッチングの開いてる(トランジスタに電流が流れない)状態、電源からコイルを経て、整流部も含む負荷側に電流が流れるが、コイルにチャージされてた
起電力が上乗せされて流れるという風に、
スイッチングの閉じてるとき、電源からコイル、トランジスタの経路でコイルに電圧がブーストされて、
開いたとき、負荷の経路で解放加算されて昇圧を果たすとのこと。
これについてよく考えてみると
スイッチングの閉じてるときコイルとトランジスタの経路はかなり低負荷の単回路となっているという点をみて、すごいと思った
というのは、俺が作ったスレ｢抵抗について俺たちの認識は間違っていた……｣に書いた、
ショート回路や繋いだ直後の回路のような
電圧に対して電流が上がりきっていない不平衡な回路において、電流グラフの急勾配な上がり方や電圧計の振れについて、
回路の抵抗力(抵抗率ではなく電源電圧を制動して平衡にする抵抗媒体の負電圧)が電流の少なさにより上がりきっていないことで、
電源電圧のポテンシャルが制動されてゼロになって戻らなく、繰り越して加算され昇圧されることがその原因と主張した話と照らし合わせて、
スイッチングの閉じてコイルとトランジスタに電流が流れているとき、ショート回路ではないが低負荷回路であるため、ショート回路が(しかもスイッチングする
一回一回繋ぎたてになる回路において)ただでさえ低負荷で平衡電流が高いのに、電圧ポテンシャルの繰り越しが起こり、それがコイルにブーストされ
スイッチングの開いてるとき(負荷に流れてるとき)それが電源に加算されて流れる仕組みは、
俺が前のスレを書く上で何度か考えた｢ショート回路は電圧繰り越しにより電圧を内部だけでインフレーションさせ大きくすることができる。
が抵抗率の関係でそれを外部に持っていくことはできないからこれはショート内だけの話だな｣という、外部に流せれば昇圧になるとの思考にまでは至らなかったショート回路のインフレーションを
スイッチングによりショート回路(ではないが)を繰り返し切断することで、外部経路へ流せるようにし、
なおかつそれだけではスイッチング(一回一回切る)することでショート回路の繰り越しがその都度リセットされてしまうのを
コイルによるブーストでメモリーさせ、あまつさえチャージ、持続電圧化(コイルがなければ一回一回一瞬の昇圧で終わる)、
そしてそれを電源に直列に加算させるという、
ショート(ではなく低負荷だが)のインフレーションという本来その中だけで取り出せないはずの大きな可能性を
スイッチングにより取り出し、コイルを使ってブーストに変えることで｢直流の｣昇圧を実現した
ショートを使えるものに転用し、スイッチングと合わせて、昇圧に昇華させ、あまつさえそれが直流を相手にしたものであるこの技術が、
｢抵抗について俺たちの認識は間違っていた…｣という、そこにつながる論を考えた俺には(俺だから)すごいものとして映った。
以上ポエムでした。
というわけでこのスレは直流コンバータ雑談スレです。自由に使ってね。 あ。でも直下のグランドパターンを抜けるなら抜くことには同意。
副作用は215で書いたようなことじゃないですかね。 >>217
そらまぁ、デカいインダクタにすればあるよ。あるけどさ、邪魔じゃん(^-^;
バッテリ用と聞くと俺が思い浮かべるインダクタはTDKのNLVシリーズ NLVシリーズ…。20世紀の終わりごろに使ったような気がする。 NLCだったかな?
今は小さくて、一応(←重要)シールド付きで、もっと大きい電流が流せるものが出てきてるし。
「でも、同サイズならシールドなしの方が大きい電流のものが選べるはずだよなあ」と思ったけど、
あらためてDigikeyで探してみたら、サイズによっては、シールドなしがすごく選択肢がせまくて、
一方でシールドありでも大きい電流になってる。インダクタ屋さんの製品開発すごい。 >>220
「20世紀」と書かれると遥か太古の感じがするなぁ～(笑)
昔wのNLVシリーズは青だったと思うけど、今は黒みたいやね。
そういや、バッテリ駆動基板なんて10年は設計してないや(笑) ところで質問者はなんで5Vを作りたいんだろう？
乾電池駆動したいなら省電力化の為に2.5Vとか、1.8V駆動を狙うと思うんだが。
おまけ。先月、興味深いICが発表されてた。
Nxperia、ボタン電池の寿命を最大10倍延ばせる「バッテリブースターIC」
pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1515759.html >>215
ありがとうございます。
>渦電流が流れそう。(インダクタンス減に見える)
なるほど、減るんですね。了解しました。
>作り直しのリスクを下げられるシールド型を選ぶ方がいいと思う。
ありがとうございます。よくわかりました。
ほかのみなさんも、おっしゃることが共通に大変よくわかりました。
どうもありがとうございました。 >>221
そうだ、少なくとも、NLCは青だった。なつかしー。
>>222
おー。
>安定化された(1.8〜3.6Vまでプログラム可能)高パルス電流(最大200mA)を出力する。
リチウムコイン電池は、ピーク電流が弱かったし。
単純にコンデンサで補完するのと何が違うのかデータシートをこれから見ます。 連投ですみません。皆さんのお話から、DCDCコンバータでの
インダクタの選び方に興味がわき想像してみました。
以下の考え方は、正しいでしょうか
1. インダクタンスの大きいものを選ぶ
インダクタが大きいほうが、出力波形のリップルが小さくなるから。
コイルを流れる電流波形の「登り/下り」傾斜が緩い方が、
電流波形の山と谷の差が小さくなる
2. 直流抵抗はなるべく小さいものを選ぶ
インダクタの直流抵抗が大きいと、入出力間の電圧が無駄になるから。
3. 自己共振周波数の高い物を選ぶ
スイッチング周波数と近いと、コイルらしさが減ってしまうから。
4. 許容電流が大きいものを選ぶ
許容電流が、作りたい電流値が近いと高電流近くでコイルらしさが減ってしまうからから。
5. 磁気シールドの付いたものを選ぶ
EMCへの効果と、プリントパターンの自由度が高くなるから
しかし、
4. インダクタンスの大きいものは巻き数が多くなり、
直流抵抗が大きく、自己共振周波数も低くなってしまう
5. それならと巻き線を太くすれば良いが、形状が大きくなる。
6. スイッチング周波数を上げて、MHzのものにすれば、コイルは小さくなるが
自己共振により選択肢が減る
そこで、
7. 出力リップルを許容して選ぶ。リップル低減は出力コンデンサに頑張ってもらう
8. 自己共振はスイッチングの2倍以上、許容電流は使用電流の1倍以上あれば良しとする。
という感じで決めていく TDKのVLSシリーズにしようと思います。
ありがとうございました。 >>225
概ねいいんだけど、TI製ICでインダクタを選ぶならTIのWEBENCHに計算させるといいよ。
インダクタの候補をいくつか提示してくれるから、間違いを起こしにくい。
> 許容電流は使用電流の1倍以上あれば良し
ディレーティング的に宜しくないなぁ、許容電流は「常温の場合」の条件付きかもしれないから。
ディレーティング80%だとすると1.25倍以上がお薦め インダクタの定格電流と飽和電流はメーカーによって曖昧な表現になってる。
とりあえず、スイッチングレギュレータを作るなら、
回路でインダクタに流すピーク電流が、インダクタの飽和電流を超えないようにしないといけないです。
インダクタンスが小さいと同じ出力電流でもピーク電流が大きくなるので注意。
その上でディレーティングも重要。 お二方、ありがとうございます。
確かに、三角の頂上が最大を超えてはいけないですね。
磁気飽和の関係ですね。
マージン見ておきます。
ありがとうございます。
コンデンサに比べて、コイルは難しいですね。 >>224
> NLCは青だった。なつかしー。
スイッチング電源には巻線だよな～と思っていたけど、4年前に恐る恐る積層インダクタを使ったの。ICは1.6x1.6サイズの降圧TLV62568A。
出来た回路全体が小さくて、そこにスイッチング電源があるなんてパッと見分からないw 出来上がった基板見て驚いたよ
時代は変わったのね。
> 単純にコンデンサで補完するのと何が違うのかデータシートをこれから見ます。
コイン電池使う案件が手元に無くてデータシート見てないけど、すごそうなICだよね。
瞬間的に200mA使えればなんでも出来そうw
(コイン電池は普通「何μA使うから何年保持出来て…」とチマチマした世界だしw) >>230
>時代は変わったのね。
その小ささ、積層インダクタで、性能を満足したのでしょうか?
動くことは動くに決まってると思う。付加を書けたときにどうかが問題と思う >>231
微妙に変だぞ。ふつうは電源回路を組んで、負荷をかけずに動いたの動かないのは論じることはないだろう。 >>231
うん？何か心配？
その時の用途がとある部品用のデモボードだったから、厳密な試験はしてない(^-^;
ただ、選んだインダクタはムラタのDFE252012Fシリーズの1uHで、許容電流3.3Aでサチ電流4.7Aの直列40mΩ。
てな訳で設計保証はしてるw 1uHとは小さい地でOKなんだね。電流は50mAくらいとか? 小さいインダクタンスを選ぶのは、同じパッケージならより多くの電流を流すため。
小さいインダクタンスから、ちっぽけな50mAを想起するのはちょっとおかしい。(逆だよ)
小さいインダクタンスで済むのは、周波数が高かったりBUCKの場合は入出力電圧差が低かったりするケース。
にしても1.5MHzの石で、1uHか。 >>235
> にしても1.5MHzの石で、1uHか。
1.5MHzにするとインダクタやらコンデンサを小さく済むから実装面積的に助かるんだよね インダクタンスが大き過ぎると負荷急変などの過渡応答が悪くなるよ >>238
リップル電流を減らせられる、だっけ？
降圧の場合でスマンだけど、例えば12Vから9Vとか5Vの比較的高めの電圧を作るときはインダクタは大きくなる。
SW周波数が低くても大きくなるし、結局は物理現象でインダクタは決まる
と思ってるw スイッチのON/OFFにともなってコイルに流れる電流は直線的に上下する。
その最大値と最小値の「差」は、入力電圧、出力電圧、インダクタンスで決まる。
最大値と最小値の差はインダクタンスが大きいほど小さくなる。
降圧電源の場合、最大値と最小値の中間が出力電流。
たとえば、最大値と最小値の差が200mAであるとき出力電流が0.5Aなら、最大値は0.6A、最小値は0.4A…(1)
同様に、最大値と最小値の差が200mAであるとき出力電流が0.1Aなら、最大値は0.2A、最小値は0A…(2)
つまり…、(1)のように十分な出力電流を流したときに最大値と最小値の差が200mAとなるようなインダクタンスを選んだとき、
出力電流が0.1Aより小さくなると、スイッチングレギュレータは綺麗な電流の上下をする連続モードを取れなくなる。
少なくとも、スイッチ、ダイオード、コイルで構成される降圧電源では、不連続で動作するモードになるのが普通だと思う。
本来、非常に高い周波数でスイッチするはずの電源が、不連続でスイッチする結果、電源には、本来のスイッチ周波数よりもずっと低い周波数のノイズが乗ることになる。
ということで、低消費電力な特にオーディオ機器では、不用意に小さいインダクタは選ぶべきではないです。 「不用意に小さいインダクタンスは選ぶべきではないです」でした >>240
> 出力電流が0.1Aより小さくなると、スイッチングレギュレータは綺麗な電流の上下をする連続モードを取れなくなる。
これ、スッキリとした良い解説。
曖昧に理解していた箇所が納得出来たような…
アリガト ということは、
・低負荷でのインダクタンスは大きめを選べ、
という捉え方も良いみたいですね。 むやみに大きいインダクタンスのものを選ぼうとすると、自己共振周波数も低くなるのでほどほどにしないと。
低負荷だけの降圧なら、シリーズレギュレータも検討するべきだし。 >>245
面白いアイデアだね
ただ価格が倍になるのと、配置によっては磁気結合して別のトラブルになりそう 直列にして、インダクタンスが大きいものが飽和したときに、高飽和電流、小インダクタンスの方が持ちこたえるのか。
面白そう。
磁気結合はシールドタイプなら、わりと気にしなくてすむと思う。
コイルの品種にもよるけれど、小さいエリアに単巻きインダクタでSEPICコンバータを作ってコイルの向きをいろいろにしたけど目立った影響はなかったと思う。
問題は、大きいインダクタンスのコイルの飽和電流を超えたところで、小さいインダクタンスのコイルでの連続モードを使うことになるわけだけど
大きいインダクタンスのコイルは、定格電流 ≫ 飽和電流 のものでないと意味が薄いことだろうな。
傾向としては 定格電流 < 飽和電流 とか、定格電流 ≒ 飽和電流 のものが多いと思う。 >定格電流 ≫ 飽和電流 のもの
これは、どのように考えれば良いのでしょうか。
飽和電流=磁気飽和なので、インダクタンスとしての振る舞いが無くなる。
なのにそれ以上ので定格として使える・・・・? >>248
たとえば、
ww.bourns.com/docs/Product-Datasheets/SRR7045.pdf
これの、大きめのインダクタンスのものは定格電流の方が大きい値になってます。
飽和電流は、磁性体や巻き数で決まる、インダクタとして働く限界。
定格電流は、直流抵抗などの損失や電線で決まる、ともあれ流せる上限。(切れないとか燃えないとか)
上のデータシートのように、同じシリーズ内でインダクタンスによって逆転しているのは、
定格電流 > 飽和電流 という性質をセールスポイントとして作ったのではなくて、
そうなっているだけかも。 >>249
ありがとうございます。
定格という言葉を「機能を維持しながら使用できる標準的な」ということではないのですね。
>ともあれ流せる上限。(切れないとか燃えないとか)
絶対最大定格という感じがしますね。 デジキーで買えるDCDCコンバータメーカに
GAPTECというのが増えてきたけど、実際どうなんでしょうか。 >>252
Digikeyが売ってるんならそこそこ信用ある会社だと思う
これがアリババだったら疑うがw こんなサイト見つけた。
http://spslabo.com/index.html
Introduction of SMPS design method. ガーシーの馬鹿とか焚き付けたら下手したら政権交代でもされて景気悪くなったら分かる トラックが横転すると漏れたオイルやら燃料やらがエンジンの熱で発火しちゃうんだよ
そしてもうお笑い好きが好きなのにバカ？
http://q.m.jp5/Z8rev 
