降圧コンバータと昇圧コンバータの違い：電圧変換比・部品の配置・電流・効率・用途を比較

よくある質問

変換比のDと1/(1−D)は、どう求めますか？

安定して動いているとき、コイルにかかる電圧を1周期で平均するとゼロになる(電圧と時間の積がつり合う)ことから求めます。降圧では、オンの間に(Vin − Vout)、オフの間に−Voutがかかるので、(Vin − Vout) × D = Vout × (1 − D)からVout = D × Vinです。昇圧では、Vin × D = (Vout − Vin) × (1 − D)からVout = Vin/(1 − D)になります。

昇圧コンバータで、入力より高い電圧が出るのはなぜですか？

スイッチがオンの間に、コイルに電流を流してエネルギーをためます。スイッチをオフにすると、コイルは電流を流し続けようとして電圧を発生し、それが入力の電圧に上乗せされてダイオードから出力へ流れるので、出力は入力より高くなります。

Dを1に近づければ、昇圧の比はいくらでも大きくできますか？

理想的には1/(1−D)は限りなく大きくなりますが、実際にはコイルやスイッチの抵抗による損失が増えて、出力の電圧は頭打ちになり、効率も下がります。実用的な昇圧の比は数倍程度までで、それ以上の比にはトランスを使う方式などを選びます。

同期整流とは何ですか？

ダイオードの代わりにMOSFETを使い、ダイオードが電流を流すタイミングでオンにする方式です。ダイオードの順方向の電圧(ショットキーバリアダイオードでも0.3〜0.5 V程度)による損失を減らせるので、出力の電圧が低いときほど効率が上がります。