降圧コンバータ計算機
バック（降圧）DC-DCコンバータを設計します。インダクタ、コンデンサ値、部品定格を計算します。
計算機
使い方
この降圧コンバータ計算機は、特定の要件に対する主要部品の値を計算することで、 降圧DC-DC電源の設計を支援します。
- 一般的なICを選択 — または独自の入力/出力仕様を入力
- 電圧と電流を設定 — 入力電圧、出力電圧、負荷電流を定義
- スイッチング周波数を選択 — 高い周波数 = 小さい部品、ただし損失増加
- リプル要件を設定 — 30%のインダクタリプルと50mVの出力リプルが一般的
- 効率を調整 — 85%を開始点として使用、ICデータシートに基づいて調整
- 計算をクリック — 部品の値と設計推奨事項を取得
降圧コンバータ理論
降圧コンバータは、電圧を下げながら電流を上げるDC-DCスイッチングレギュレータです。 余剰電力を熱として消費するのではなくスイッチングするため、 リニアレギュレータよりも効率的です。
基本動作
- スイッチON：電流がインダクタを通り、エネルギーを蓄積
- スイッチOFF：インダクタがダイオードを通じて蓄積エネルギーを放出
- 出力フィルタ：コンデンサが出力電圧を平滑化
主要な式
連続モード vs 不連続モード
この計算機は連続導通モード（CCM）向けに設計します。 CCMではインダクタ電流がゼロにならず、より良い効率と容易な制御を提供します。 30%のリプル電流目標により、約15%の負荷までCCMが維持されます。
部品選定
インダクタ選定
| パラメータ | 要件 | 理由 |
|---|---|---|
| インダクタンス | 計算値 ±20% | リプル電流を制御 |
| 飽和電流 | > ピーク電流 × 1.2 | コア飽和を防止 |
| DC抵抗 (DCR) | できるだけ低く | I²R損失を低減 |
| コア材料 | フェライトまたは圧粉鉄 | 周波数でのコア損失が低い |
出力コンデンサ選定
| タイプ | ESR | 最適な用途 |
|---|---|---|
| MLCC（セラミック） | 非常に低い (<10mΩ) | 高周波、低リプル |
| ポリマー | 低い (10-50mΩ) | コストと性能のバランス |
| 電解 | 高め (50-200mΩ) | 大容量、コスト重視 |
入力コンデンサ
入力コンデンサは高周波リプル電流を処理し、低ESRが必要です。 ICの近くにセラミックコンデンサを使用してください。 計算機は最小容量を提供します。マージンのために追加してください。
設計のヒント
レイアウトのベストプラクティス
- EMIを低減するためにスイッチノードを小さく保つ
- 入力コンデンサをVINおよびGNDピンの近くに配置
- 電力経路（入力、出力、グランド）に幅広いトレースを使用
- フィードバック抵抗をノイズの多いスイッチノードから離して配置
- 下層にグランドプレーンを使用
周波数選択
| 100-300 kHz | 大きなインダクタ/コンデンサ、高効率、低EMI |
| 300-1000 kHz | サイズと効率のバランスが良好 |
| >1 MHz | 最小の部品、慎重なレイアウトが必要 |
効率の考慮事項
- 軽負荷：スイッチング損失により効率が低下
- 重負荷：インダクタとMOSFETのI²R損失が支配的
- 高いVin/Vout比：ダイオード損失が増加（同期整流を検討）
- 高周波：スイッチング損失が増加
避けるべき一般的なミス
- 飽和電流がピーク電流に近すぎるインダクタの使用
- セラミックコンデンサのディレーティングを無視（X5R/X7Rは電圧で容量が減少）
- EMIや不安定性を引き起こす不適切なレイアウト
- 入力電流の設計時に効率を考慮しない
よくある質問
なぜ計算されたインダクタ値がデータシートと異なるのですか？
ICデータシートは、そのICでテストされた特定のインダクタを推奨することがよくあります。 その値は、異なるリプル電流の仮定、最適化された効率ポイント、 または特定の動作条件により異なる場合があります。 データシートの値を参照として使用しますが、リプル要件を満たすか確認してください。
計算値より大きなインダクタを使用できますか？
はい、大きなインダクタはリプル電流を減らし、重負荷での効率を向上させます。 ただし、サイズ、コストが増加し、過渡応答が遅くなる可能性があります。 軽負荷での効率も低下します。
CCM動作の最小負荷は？
30%のリプル電流では、CCMは定格負荷の約15%まで維持されます。 それ以下では、コンバータはDCM（不連続導通モード）に入ります。 多くの最新ICは両方のモードを自動的に処理します。
出力リプルをさらに低減するには？
より多くの出力容量を追加（特に低ESRセラミック）、LCポストフィルタを使用、 またはスイッチング周波数を上げてください。セラミックコンデンサのESRが 高周波でリプルを支配することに注意してください。
同期整流と非同期整流のどちらを使うべきですか？
同期（ダイオードの代わりにMOSFET）は、特に高出力電流と低Voutで より効率的です。非同期（ダイオード）はより単純で安価で、 軽負荷やコスト重視の設計に適しています。