はじめに

こんにちは、どふぃです。
研修の中で基板を触ったり、データシートを読む機会が増えてきました。
いよいよだなという感じで期待と不安が入り混じっておりますが、がんばっていきます!

さて、今回は前回の記事で予告した DC-DC コンバータについてお話します。
電源を学ぶ上で、絶対に外せないのがこの DC-DC コンバータです。

DC-DCコンバータって??

DC-DC コンバータを直訳すると、直流-直流変換器という意味になります( DC =直流、コンバータ=変換器)。
私は初め、直流を直流?変換してないじゃないか?これって意味ないじゃないか?と思いました。
しかし、世の中に一番多く存在する電源 IC は、この DC-DC コンバータなのです。

DC-DC コンバータは主に下記のような状況で使用します。
「入力電圧が 12 Vしかありません。しかし、 5V , 10V , 15V が必要です。」
このように、必要に応じて電圧の大きさを変換するのが DC-DC コンバータの役割です。

前回の記事では電圧を上げる(昇圧)例を挙げましたが、電圧を下げる(降圧) DC-DC コンバータも存在します。

昇圧、降圧のイメージ

電圧を昇圧、降圧するに当たり、考えなければいけないのはエネルギー保存の法則です。
「エネルギーがある形態から他の形態へ変換する前後で、エネルギーの総量は常に一定不変であるという法則」
つまり、電圧は変化しても形態変化の前後でエネルギー自体は一定です。

昇圧、降圧のイメージを図 1に示します。

図 1: DC-DC コンバータの昇圧、降圧のイメージ(タンクで例えて)

しかし、上記の例は理想であり、実際の変換効率は 100 %ではありません。
次に、 DC-DC コンバータの種類を見てみましょう。

DC-DCコンバータの種類

DC-DC コンバータには大きく分けて2つの種類があります。

(1) リニアレギュレータ
 内部のスイッチング素子を常に ON の状態で使用し、電力の一部を熱として捨て、必要な直流出力を得る方式です。降圧のみ可能です。

(2) スイッチングレギュレータ
 内部のスイッチング素子が ON , OFF を繰り返し、一定の出力を得る方式です。
この動作を高速で繰り返すことで出力電圧を規定値に調整します。昇圧、降圧、反転(極性を入れ替える)、昇降圧(昇圧、降圧共に可能)が可能です。

リニアレギュレータ、スイッチングレギュレータの電圧変換について、木材から星型の置物を作るというシチュエーションを例に考えてみます(図 2、図 3)。

リニアレギュレータ                     スイッチングレギュレータ

図 2 :リニアレギュレータの電圧変換イメージ
図 3 :スイッチングレギュレータの電圧変換イメージ

<解説>
リニアレギュレータは、不要な電力を熱として放出するため、エネルギーの損失が大きいです。一方、スイッチングレギュレータは、エネルギーの損失がリニアレギュレータに比べて少ないため、より高効率であると言えます。

終わりに

今回は DC-DC コンバータについてお話させて頂きました。
次回は、リニアレギュレータとスイッチングレギュレータの長所と短所、それぞれの特徴について詳しくお話しします。

最後に弊社で取り扱っているアナログ IC メーカーの紹介をさせて頂きます。

Analog Devices ~アナログ・デバイセズ~

高性能標準アナログ IC のリーディングメーカー。
アンプ、バッテリーマネージメント、データコンバータ、高周波、インタフェース、電圧レギュレータ、電圧リファレンスなどお客様の最終製品の性能、品質を定め、安定供給を実現。
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