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【コラム2】意外と簡単!DC-DCコンバーター回路

2014.10.22 Wednesday カテゴリ:コラム
中国語の発音は本当に難しいです。しかも四声(しせい)というものがあり、私の発音ではまったく通じません。私は少し猫背なので、姿勢(四声)が悪いのが原因なのでしょうか。
先日も飛行機の中で軽食が出されました。先にプラスチック製のフォークとナイフが入った小箱が渡され、客室乗務員さんが何やら中国語で話しかけます。以前、「肉か魚かを聞いてくるよ」と教えられていたので、「(中国語で)魚ください」と言ったところ、何も置かないで行ってしまいました。きっと「いらないよ」とでも聞こえたのでしょう。幸いに小箱の中にピーナッツが入っていたので、それをポリポリ食べて飢えをしのぎました。
そうしていると、今度はドリンクを運んできました。コーラは「クールー」と発音すると聞いていたので、しっかりと「クールー」と発音したところ、また何も置かないで行こうとします。私が「コラッ」と怒ると、「Oh、コーラ?」と言って、ペプシコーラを渡してくれました(笑)。
いやぁ〜〜、本当に中国語って、むずかしいですねぇ。
 




アコンの開発品にホール素子ウェハ検査装置なるものがあります。私はこれには関わってはいないのですが、実はホール素子は私の得意中のセンサなので非常に懐かしく思えました。
図1はGaAsホールセンサを開発したときの業績賞、図2はそのころの論文です。昭和53年のことですから36年も前のことです。このセンサも今では環境問題などもあって、国内ではどんどん廃品種の方向に移っています(時代の流れを感じています)。
 




図1:業績賞



図2:ホールセンサ論文



(心の声)
ホール素子に出会わなかったら、たぶん私は回路屋にはなっていなかったでしょう。ホール素子の応用でたまたま電子式電力量計開発の仕事が飛び込んできた時、一番若かった私が回路屋に抜擢されたのが転機になりました。でもこれが実に私の性格にあっており、非常に楽しく仕事をすることができました。当時の上司に感謝・感謝です。
    


●電源は回路の命(心臓部)です

電源は回路の心臓部ですから、安かろう悪かろうでは大変なことになります。良かろう安かろうの製品があると大助かりですね。今回はDC−DCコンバータについて紹介します。

DC−DCコンバータというと難しいようですが、入出力の絶縁が必要なければそんなに難しくはありません。でも絶縁型ともなると、トランスの設計やら何やらでけっこう大変になってきます。そのときは、アコンでご購入ください。

ここでは、比較的簡単なチョッパ型DC−DCコンバータについて説明します。


●チョッパ型DC−DCコンバータとは

基本回路を図3に示します。図のように、入力電圧VINをトランジスタ(あるいはFET)で直接スイッチングします。直流電圧VINをスイッチングすることによって高周波に変換し、それを平滑用チョーク・コイルL1とコンデンサC1で再度直流電圧に変換します。
この方式には、入力電圧VINより小さな出力電圧を得る降圧型と、VINより大きな出力電圧を得る昇圧型とがあります。
 




図3:チョッパ型DC-DCコンバーターの色々



?降圧型(ステップダウン・コンバータ)
図3(a)に降圧型の基本回路を示します。トランジスタQ1がONの期間tONでは、VINはL1、C1、負荷RLにエネルギを供給します。この結果、L1にはエネルギが蓄えられます。このときダイオードD1はOFFになっています。
次に、Q1がOFFの期間tOFFではVINは切り離され、VINからのエネルギの供給はなくなります。しかし、今度はL1に蓄えられていた先ほどのエネルギがD1を通して負荷に供給されます(このダイオードはフリー・ホイール・ダイオードと呼ばれます)。
なお、出力電圧VOUTは制御回路のtON時間でコントロールできます。

?昇圧型(ステップアップ・コンバータ)
Q1がONしている期間tONではVINはL1と接続されています。その結果、L1にはエネルギが蓄えられます。次にQ1がOFFの期間tOFFでは、先ほど蓄えられたエネルギがD1、C1、Rlに供給されます。
昇圧型ではQ1がOFFになりっぱなしでもVOUT=VINなので、Q1をONすることによってVOUTをVINより高くすることができます。

?チョッパ型の中には図(c)の昇降圧型とか図(d)の極性反転型などもあります。基本的な動作は??と変わりません。

若いときはスイッチング電源も作りましたが、なにせ製作台数が少なかったのでとても市販品には勝てません。まあぁ、ノイズをできるだけ小さくするだけがとりえでした。

(心の声)
スイッチング電源のノイズは、ノーマルモードとコモンモードに分けられます。ノーマルモードはフィルタで除去できますので、問題はコモンモードのほうです。でも、通常ノイズと言ったらノーマルモードのほうを言います(ほとんどのメーカさんが低ノイズと言っているのはノーマルモードのほうです)。
以前電源を設計されている友人に、「どうしてコモンモードが小さなスイッチング電源がないの」と尋ねたところ、「では松井さん、3000円の対策された電源と500円の対策無しの電源ではどっちを買いますか」と言われてしまいました。そうです、対策すると高くなってしまい売れないのです(売れないから作れない)。
ですから、ノイズに悩まされたらノイズ対策部品買って自身でノイズ対策することになります(いろんな部品メーカさんで対策部品が販売されています)。

それでは、ちょうど時間となってしまいました。第3回をお楽しみに。パワーマッチー先生でした。

 

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