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降圧型DC-DCコンバータの動作原理を図と式を用いて説明します。
Q1がONするton期間にコイルLに入力電圧Vinと出力電圧Voutの電圧が加わり、出力電流Ioutを中心にリップル電流は、
となります。
Q1がOFFになるtoff期間は、コイルLに流れていた電流を維持するためQ2を介して負荷へ電流を放出します。 このtoff期間のリップル電流は、
定常状態では、Q1がONする式(1)とQ2がONする式(2)のΔILが等しくなるため、入出力電圧の関係は、
ton/(ton + toff)はQ1がONする時間の比となり、オン・デューティ(On duty)と呼びます。
Voutは、オン・デューティにより決まり、そのオン・デューティを制御することでVoutを制御します。
(ton + toff)をスイッチング周期T[s]、その時のスイッチング周波数をfsw[Hz]とし、式(1)と式(3)をfswに関して整理すると
VinおよびVoutが決まっている場合、出力のリップル電流は、Lとfswにより決定します。
リップル電流が大きいと、出力リップル電圧が大きくなります。 また、コイルも飽和しやすく、コア損アップなどの影響がでます。 それらの対策にはスイッチング周波数を高くする、またはコイルのターン数を増やしインダクタンス値を上げる必要があります。
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