スイッチング電源の回路方式の超定番


フライバック電源の基本原理

DC-DC変換方式のいろいろ

図1 スイッチング電源の回路方式の超定番はフライバック方式.メイン・スイッチがONのときトランスのインダクタンスにエネルギを蓄え,OFFのときに出力側にエネルギを放出する.画像クリックで記事を読む〈著 並木 精司〉

フライバック電源の基本原理

フライバック・コンバータはメイン・スイッチがONのときトランスのインダクタンスにエネルギを蓄え,OFFのときに出力側にエネルギを放出する方式です.出力電圧はオン・デューティとトランスの巻き線比で調整可能です.出力側に平滑用のチョーク・インダクタは不要ですが,キャパシタのリプル電流が大きい点に注意が必要です.

DC-DC変換方式の比較

DC-DC変換方式にはさまざまな種類があります.バック・コンバータは降圧用途に優れていますが,入力電圧より高い電圧は出力できません.ブースト・コンバータは昇圧に適しており,入力電圧より低い電圧を取り出すことはできません.SEPICコンバータは入力電圧より高くも低くも出力可能で,チョーク・インダクタ2個とカップリング・キャパシタ1個が必要です.制御の安定性を保つため,出力可変範囲を広げすぎないことが重要です.フォワード・コンバータは絶縁型中高出力向けですが,小出力ではコストやサイズで不利です.

フライバック電源の設計ポイント

  1. 入力電圧Vin:5Vで安定した供給が必要
  2. 出力電圧可変範囲:3~28Vまで対応可能に設計
  3. メイン・スイッチ:ON時にトランスにエネルギ蓄積,OFF時に出力放出
  4. トランス巻き線比:出力電圧調整のために最適化
  5. 出力キャパシタ:リプル電流に耐える容量を選定
  6. 入力側と出力側の電気的分離

設計上の注意点

出力電圧可変範囲を広げると制御の安定性が低下するため,フィードバック制御回路の設計が重要です.トランスやスイッチング部品の選定は,定格電流と電圧に余裕をもたせる必要があります.過電流保護や短絡保護を検討することで安全性が向上します.

〈著:ZEPマガジン〉

著者紹介

  • 並木 精司
  • 1967年 タムラ製作所に入社.電源トランスの設計,スイッチング電源の設計,海外工場の責任者などを経て定年後も63歳まで海外拠点でスイッチング電源やACアダプタの開発のサポート.現在はパワーアシストテクノロジーに在籍し,各種電源装置の開発に従事.

著書

  1. 低雑音&高効率!LLC絶縁トランスの定数設計法,ZEPエンジニアリング株式会社.
  2. 高速パワー素子GaN搭載 30W小型充電器の分解レポート,トランジスタ技術2020年10月号,ZEPエンジニアリング株式会社.
  3. ロスレス&雑音レス!スイッチング電源「LLC」のパソコン設計術,トランジスタ技術2018年5月号,ZEPエンジニアリング株式会社.
  4. 世界最小&最軽量!65WノートPC用ACアダプタ DART 実験大解剖,2018年2月号,ZEPエンジニアリング株式会社.
  5. 粗悪品と優良品を見極めろ!4種類のiPhone充電用ACアダプタ,トランジスタ技術2016年3月号,ZEPエンジニアリング株式会社.
  6. 出力3.3~24V/0~0.3AのハンディUSB実験用電源,トランジスタ技術2014年12月号~2015年3月号,ZEPエンジニアリング株式会社.

参考文献

  1. [VOD]Before After!ハイパフォーマンス基板&回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】,ZEPエンジニアリング株式会社.
  2. [VOD]Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】+【磁場編】,ZEPエンジニアリング株式会社.
  3. [VOD/KIT] ポケット・スペアナで手軽に!基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石,ZEPエンジニアリング株式会社.
  4. [VOD]事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点,ZEPエンジニアリング株式会社.
  5. [VOD]Linux搭載USBマルチ測定器 Analog Discovery Proで作る私の実験室,ZEPエンジニアリング株式会社.
  6. [動画]初めての電源・アナログ回路設計[DC-DC コンバータの製作],ZEPエンジニアリング株式会社.
  7. [YouTube]電子回路の素[トランジスタ編],ZEPエンジニアリング株式会社.
  8. [YouTube]高校数学からはじめる「ベクトル解析」,ZEPエンジニアリング株式会社.