Switching Regulator: スイッチング・レギュレータ

Switching Regulatorとは

意味

スイッチング・レギュレータとは何か?

スイッチング・レギュレータは、パワー・スイッチ、インダクタ、およびダイオードを使用してエネルギーを入力から出力に転送する回路である。パワー・スイッチは、通常は電界効果トランジスタ(FET)で、フィードバック制御ループでスイッチング・レギュレータの出力を監視するスイッチング・コントローラICによってオン/オフされる。これによって、通常の動作条件下で一定の出力を維持することが確保される。一部のスイッチング・レギュレータでは、FETはディスクリート部品で、スイッチング・コントローラの外部にある。その他のバージョンでは、FETとコントローラは同じIC内にある。

スイッチング回路の基本部品を再構成して、降圧(バック)コンバータ、昇圧(ブースト)コンバータ、または反転(フライバック)を形成することができる。これらの設計を、それぞれ図1、2、3、および4に示す(ここで、図3と4はトランスおよびダイオードの極性以外は同一である)。

図1. バック・コンバータの回路構成
図1. バック・コンバータの回路構成

図2. 簡単なブースト・コンバータ
図2. 簡単なブースト・コンバータ

図3. 反転回路構成
図3. 反転回路構成

図4. トランス・フライバック回路構成
図4. トランス・フライバック回路構成

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なぜリニア・レギュレータの代わりにスイッチング・レギュレータを使用するのか?

スイッチング・レギュレータは、リニア・レギュレータと比べて3つの主な特長を提供する。第1に、スイッチング効率を大幅に高めることができる。第2に、転送時に失われるエネルギーが少ないため、より小型の部品を使用可能で、熱管理の必要性が少なくなる。第3に、スイッチング・レギュレータのインダクタによって蓄積されたエネルギーを出力電圧に変換する際に、入力より高くする(ブースト)、反対にする(反転)、またはトランスを介した転送によって入力に対する電気的絶縁を提供することさえ可能である。

スイッチング・レギュレータの特長を考えると、どこでリニア・レギュレータを使うことができるか不思議に思えるかも知れない。リニア・レギュレータはより低いノイズと高い帯域幅を提供し、その簡素さはより低コストのソリューションを提供する場合がある。実のところ、スイッチング・レギュレータには欠点がある。スイッチング・レギュレータはノイズが多く、スイッチング・コントローラを必要とする制御ループの形でエネルギー管理が必要になる。幸い、最新のスイッチング・コントローラICには、これらの制御の問題に対する解決策が内蔵されている。

マキシムのスイッチング・レギュレータの図

超低ノイズおよびリップル・ブースト・レギュレータ
超低ノイズおよびリップル・ブースト・レギュレータ

同期整流バック・コンバータ
同期整流バック・コンバータ

24V、300mA、バック・コンバータ
24V、300mA、バック・コンバータ

同義語

DC-DC Converter
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