スイッチング レギュレータを選択する場合、効率は最も重要な基準です。現代の小型デバイスは、小さなフットプリント内で信頼性の高い電力供給を実現する必要があります。安定した電圧を生成しながら十分な電流を供給できることは、電子部品の設計における基本的な要件です。 スイッチング レギュレータは、安定した電源電圧を生成し、電圧を上げたり下げたりするために不可欠なデバイスです。 スイッチング レギュレータは、コンバータまたはスイッチ、スイッチ モード電源 (SMPS)、DC/DC レギュレータまたはコンバータなど、さまざまな名前で知られています。高電力変換効率要件を満たす、単一の入力電圧源から安定した出力を引き出す柔軟性がある、さまざまな極性を持つマルチ出力構成に適応できるなどの利点があるため、その人気は高まり続けています。最も一般的なスイッチング コンバータのタイプは次のとおりです。

ブーストタイプ：入力電圧を増加し、安定した出力を供給します。

バックタイプ：入力電圧を下げて、安定した出力を供給します。

昇降圧型：オプションで負極性も選択して、入力電圧を上げたり下げたりします。

フライバックタイプ：電気的絶縁を提供するバックブーストバリアント。

定電圧および調整可能なリニア電圧レギュレータ

長年にわたり、電源設計はリニア レギュレータに依存してきました。 リニア レギュレータは、連続した固定出力電圧の提供に優れています。 さらに、他のリニア レギュレータ (例: LM317) は調整機能を備えています。一般的な定電圧およびリニア出力電圧レギュレータのタイプには、78xx シリーズ (正出力) と 79xx シリーズ (負出力) があります。これらのレギュレータは、5 V ～ 24 V の範囲で安定した出力を提供します。リニア レギュレータはスイッチング モード電源ではありません。利点としては、シンプルさ、低コスト、低ノイズ、低リップルなどが挙げられます。ただし、出力電力は通常 10 W 未満で、効率が低いことが多く、発熱につながります。リニア レギュレータは降圧レギュレーションしか実行できませんが、SMPS は降圧、昇圧、または昇降圧トポロジを使用して電圧を上げたり下げたり、極性を反転したりできます。

スイッチング電源システム

最新のテレビ、パソコン、DC モーター ドライバー、パワー アンプのほとんどには、高度で高効率の SMPS デバイスが必要です。これらのデバイスは、従来の線形方式ではなく半導体スイッチング技術を使用して出力電圧を供給します。基本的なスイッチング コンバータは、電力スイッチング ステージと制御回路で構成されます。 SMPS は、内部トランジスタ (またはパワー MOSFET) を飽和「オン」状態とカットオフ「オフ」状態で動作させることにより、消費電力を低減し、効率を高めます。

降圧スイッチングレギュレータ

LM2596xシリーズは SLKOR Semiconductor は、高効率の DC/DC 降圧コンバータを提供しており、自動車や産業設計など、効率的な電力変換を必要とするアプリケーション向けのコンパクトなソリューションとなっています。LM2596x には、固定周波数発振器と周波数補償モジュールが統合されています。

設計がシンプルなため、必要な外部コンポーネントは最小限です。このチップには、ヒステリシス、過熱保護、過電流保護、および二次過電流保護を備えた組み込みのイネーブル機能も備わっています。二次過電流イベントが発生すると、チップは動作周波数を 150 kHz から 50 kHz に下げます。例として、LM2596S-ADJ 降圧スイッチング レギュレータ (図 1) があります。

図1： LM2596S-ADJ 降圧スイッチングレギュレータは安定した出力電圧を提供します。(画像クレジット: SLKOR 半導体）

LM2596SX-12 降圧スイッチング レギュレータ (図 2) は、150 kHz 固定周波数 PWM DC/DC コンバータです。高効率、低リップル、優れたライン/負荷レギュレーションを備えた 3A 出力電流駆動能力を備えています。PWM 変調を利用することで、このチップは 0 ～ 100% の線形デューティ サイクル範囲をサポートします。

このデバイスは、優れた過渡応答を提供するだけでなく、PCB の占有面積も最小限に抑えます。コンパクトなパッケージと高い電力密度により、LCD ディスプレイ、テレビ、デジタル フォト フレーム、セットトップ ボックス、モデム、通信デバイス、ネットワーク機器に最適です。

図2： LM2596SX-12 降圧スイッチングレギュレータは低電圧要件を満たしています。（画像クレジット： SLKOR 半導体）

昇圧スイッチングレギュレータ

SL2733 は、複数の LED を駆動するための正確な定電流を供給するように設計された DC/DC ブースト コンバータです。固定 1 MHz スイッチング周波数の SL2733 は、小型の外付けセラミック コンデンサおよびインダクタと組み合わせることができます。出力電流は外付け抵抗 (R1) で調整可能で、デバイスは複数の LED を直列に駆動できます。SL2733 は、同一 LED の駆動に適しており、最大 32 個の白色 LED を直列に、または最大 23 V の駆動電圧をサポートします。LED の明るさは、DC 電圧、ロジック信号、またはパルス幅変調 (PWM) 信号を使用して調整できます。シャットダウン (SHDW) ピンにより、デバイスは低静止電流のパワーダウン モードで動作できます。熱保護と過負荷電流制限に加えて、チップは LED オープン回路障害時に超低電力モードになります。コンパクトな SOT5-XNUMX パッケージに収められています。

小さいほど良い

使い方 SL2188 外付け部品点数を削減します。コンパクトな外付け部品を採用し、ソフトスタート機能により突入電流を最小限に抑えます。幅広い電流負荷に対応し、1Aを超えるピークスイッチング電流に対応可能なパワーMOSFETを内蔵し、最大3.6Vの出力電圧を実現します。 この多用途で高出力のコンパクトな設計は、2 セルおよび 3 セルのアルカリ、NiMH、または NiCd バッテリー システムを含む、単一セルのリチウム バッテリー製品に最適です。 ブーストコンバーターは SL2188 ワイヤレス周辺機器、ゲームアクセサリ、個人用医療機器、ポータブル メディア プレーヤーに最適です。急速な技術進歩により、フォーム ファクタはますます小型化しています。SOP-J8 と比較すると、SOT23 パッケージの SL2188 は必要な PCB 面積を大幅に削減します。

図 3: コンポーネントの設計が縮小するにつれて、小型パッケージ (例: SOT23) が不可欠になります。(画像クレジット: SLKOR 半導体）

電力消費を抑えながら効率を最大化

小型化の要求は、信頼性と電力効率を維持する必要性と並んで、依然として原動力となっています。SY8120B 降圧スイッチング レギュレータ (図 4) は、調整可能な出力と信頼性の高い電力供給を備えたコンパクトな設計を提供します。

図4: SY8120Bは、より小型でコンパクトな設計で確実に電力を供給する降圧スイッチングレギュレータです。(画像クレジット: SLKOR 半導体）

小型化によって負荷能力や信頼性の高い電力供給が犠牲になると考える人もいるかもしれませんが、そうではありません。 SY8120B は、消費電力を抑えながら高い変換効率を実現します (図 5)。スタンバイ電流が低いため、バッテリー駆動のデバイスはアイドル状態の電力消費を最小限に抑えることができます。さらに、一定のオン時間制御により、効率的な軽負荷動作が可能になります。

 
図 5: 設計者は、電力を確実に供給できる高効率の DC/DC 降圧コンバータを求めています。(画像クレジット: SLKOR 半導体）

AC/DC および DC/DC アプリケーション向けフライバック コンバータ

フライバック コンバータは、フライバック トランスを組み込んだ昇降圧トポロジです。AC/DC 変換と DC/DC 変換の両方に適しており、入力と出力間の電気的絶縁を提供します。また、電圧比の乗算と絶縁の利点も提供します。絶縁型電力コンバータは、電圧モード制御と電流モード制御の 2 つの制御方式を採用しています。安定した動作のためには、通常、電流モード制御が好まれます。

昇降圧DC/DCコンバータ

バックブースト コンバータは、出力電圧の大きさが入力電圧より高くなったり低くなったりする典型的な DC/DC コンバータです。また、負の電圧を生成することもできます。フライバック コンバータと同様に、トランスの代わりに 1 つのインダクタを使用します。具体的には、バックブースト コンバータは、入力電圧以上からゼロまでの範囲の出力電圧を生成できる 2 つの異なるトポロジで構成されています。DC/DC 電源 (「チョッパー」と呼ばれることもあります) には、デューティ サイクルに応じてブースト コンバータまたはバック コンバータとして機能するバックブースト回路が含まれています。

結論

現代の自動車や産業用設計における高効率電力変換は、スイッチングレギュレータに依存しています。設計がますますコンパクトになるにつれて、安定した電力レベルを維持できる多用途で高効率なデバイスの需要はかつてないほど高まっています。スイッチングレギュレータは、SMPS、DC/DCスイッチングレギュレータ、コンバータ、レギュレータなど、さまざまな名前で呼ばれますが、SLKOR 効率的な電力変換を必要とするアプリケーション向けに、幅広いコンパクトなソリューションを提供します。

スイッチングレギュレータは、小型化と多機能化を実現しながら、安定した効率的な電力変換を実現するため、電子システム設計において重要な価値を持ちます。さまざまな分野で広く採用されています。この記事では、スイッチングレギュレータの基本的な概念と種類、リニアレギュレータとSMPSの違い、そして SLKORの高効率スイッチングレギュレータ製品とそのアプリケーションについて説明します。 

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