DC/DCの知識の本

ユーザーのための実践的なヒント

RECOMのDC/DCの知識の本は、さまざまなDC/DCコンバータトポロジ、フィードバックループ(アナログおよびデジタル)、テストおよび測定、保護、フィルタリング、安全性、信頼性、定電流ドライバとDC/DCアプリケーションの詳細な紹介です。 このレベルは必要な技術ですが、技術者、設計者および学生にとって読み取ることが可能です。

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何年にもわたる作成

同社が25年以上に最初のDC/DCコンバータを発売したとき、ほとんど出版された技術的な資料は入手できず、従うべき国際的な標準はほとんど存在しませんでした。 お客様への実用的なアプリケーション情報をお伝えする差し迫った必要があり、それが同社の最初の出版された製品カタログへの付録としていくつかの簡単なアプリケーションノートを追加することを促しました。 同社がより多くの専門知識を得るにつれ、これらのガイドラインの内容は何年にもわたり成長しました。 これらはまだ基本的な性質のものですが、同社の顧客基盤によってよく受け入れられ、今日、同社のウェブサイトからダウンロードで入手可能な70ページのアプリケーションノートパッケージとなっています。

半導体技術の進歩と高度に統合されたデジタルエレクトロニクスへのシフトは、長年にわたる多くの設計ラボ、大学、および専門学校での、アナログ技術の知識ベースを低下させました。 特に応用技術、テストおよび測定、さらにフィルタリングやノイズ抑制の理解に関して、アナログ回路設計の実践的なノウハウの欠如をたびたび見ることになります。 従って、この分野での専門家として、ハードウェア設計者や学生などによってリファレンスとして使用することができる、より包括的な技術ハンドブックの必要性を見ました。

著者について

RECOMのテクニカルディレクタであるSteve Robertsは、お客様の質問に答え、デザインインを支援し、セミナーで講演し、記事を執筆し、YouTubeビデオさえも作成した長年の経験を持ちます。

すべてのAC/DCまたはDC/DCコンバータモジュールの機能は、次の要件の1つまたはそれ以上を満たすことです:
  • 2次側負荷を1次側電源に適合
  • 1次と2次回路間の絶縁を提供
  • 故障、短絡回路または過温度の影響に対する保護を提供
  • 安全性、性能またはEMC規制への準拠を簡素化

DC/DCの知識の本:第1章

電力安定化の紹介

電力安定化の紹介

図 1.1:3ピンリニアレギュレータブロック図およびピンアウト

現代のAC/DCおよびDC/DCコンバータは、各種の電子機器、デバイスおよびシステムに、制御され、安全かつ十分に調整されたDC電源を提供するための効率的な電力変換を提供するように設計されています。 トランス、整流器およびリニアレギュレータが、電力変換の主な技術であったのはそれほど昔のことではありませんが、LEDがゆっくりと電球を置き換えるにつれて、DC/DCコンバータは徐々にリニアレギュレータを追い詰め、1次側スイッチングコントローラは、単純な50Hzの主電源トランスを置き換えています。

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内容一覧
  • 1.1 リニアレギュレータ
  • 1.2 スイッチングレギュレータ

DC/DCの知識の本:第2章

フィードバックループ

フィードバックループ

図 2.9:低調波不安定性波形

DC/DC電力変換の設計において最も重要な設計基準のいくつかは、フィードバックループの補償に関わる計算と方法論です。 フィードバックループパラメータが正しく計算されない場合、コンバータは、不安定性または安定化不全を示すことがあります。 DC/DCコンバータにおけるフィードバックループの機能は、基準値にのみ依存する、固定値での出力を維持することで、すなわち、負荷、入力電圧または環境変化とは無関係です。

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内容一覧
  • 2.1 はじめに
  • 2.2 開ループ設計
  • 2.3 閉ループ設計
  • 2.4 フィードバックループ補償
  • 2.5 スロープ補償
  • 2.6 アナログおよびデジタルフィードバックシステムでのループ安定性の解析

DC/DCの知識の本:第3章

データシートのパラメータの理解

データシートのパラメータの理解

図 3.1:測定の設定

すべての信頼のおけるメーカーは、最低限、基本的な動作パラメータ、全体の寸法とピン接続を詳述する技術データシートをその製品とともに提供しますが、多くの場合、1つのDC/DCコンバータを他と比較するのに単にデータシート情報に依存することは、数字を単純に比較するのではなく解釈が必要となります。

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内容一覧
  • 3.1 測定方法 – DC特性
  • 3.1 測定方法 – AC特性
  • 3.3 熱パラメータの理解

DC/DCの知識の本:第4章

DC/DCコンバータ保護

DC/DCコンバータ保護

図 4.2:直列ダイオード逆極性保護

序文で述べたように、DC/DCコンバータの機能の一つは、アプリケーションを保護することです。 最も単純なレベルでは、この保護は、負荷を主電源へ適合し、出力電圧を入力過電圧および不足電圧に対して安定化することですが、DC/DCコンバータはまた、システムの障害保護を確保する重要な要素です。 例えば、出力過負荷制限および短絡保護は、コンバータを停止します。

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内容一覧
  • 4.1 はじめに
  • 4.2 逆極性保護
  • 4.3 入力ヒューズ
  • 4.4 出力過電圧保護
  • 4.5 入力過電圧保護
  • 4.6 電圧降下および中断
  • 4.7 突入電流制限
  • 4.8 負荷制限
  • 4.9 不足電圧ロックアウト

DC/DCの知識の本:第5章

入力と出力のフィルタリング

入力と出力のフィルタリング

図 5.1:DC/DCコンバータによって生成された干渉の回路図

すべてのDC/DCコンバータは、内部発振器からのエネルギーの各パルスと出力キャパシタの充放電による出力リップル電圧を有します。 この出力リップルは、トポロジに応じて、主発振周波数と同一またはダブルのいずれかの周波数を有し、典型的に100〜200kHzの領域内にあります。 このリップル電圧に重畳されるのは、典型的にMHz範囲の、非常に高い周波数を持つスイッチング電圧スパイクです。

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内容一覧
  • 5.1 はじめに
  • 5.2 バックリップル電流
  • 5.3 出力フィルタリング
  • 5.4 入力フィルタリング

DC/DCの知識の本:第6章

安全性

安全性

図 6.4:クリアランス/沿面距離

各種の安全基準や規制の主な目的は、次の潜在的な危険に対する保護のレベルを定義することにより、傷害、死亡あるいは財産への損傷の損失を防ぐことです:感電、危険なエネルギー、火と煙、負傷、放射線や化学品の危険性。 用語「危険」と「ハザード」は、しばしば互換的に使用されます。

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内容一覧
  • 6.1 電気的衝撃
  • 6.2 危険なエネルギー
  • 6.3 本質的な安全性
  • 6.4 固有の安全性
  • 6.5 傷害の危険
  • 6.6 安全性のための設計
  • 6.7 医療用安全性

DC/DCの知識の本:第7章

信頼性

信頼性

方程式 7.1:故障率の計算

電子機器の出現以来ほとんど、ユーザーにとって、デバイスが正常に動作する時間を知ることが不可欠となっています。 誰も将来を知ることができないので、コンポーネント、アセンブリまたはデバイスの信頼性を予測する統計的方法が開発されてきました。

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内容一覧
  • 7.1 信頼性予測
  • 7.2 環境的ストレス要素
  • 7.3 MTBF数値の使用
  • 7.4 証明されたMTBF
  • 7.5 MTBFと温度
  • 7.6 信頼性のための設計
  • 7.7 PCBレイアウト信頼性の考慮
  • 7.8 コンデンサの信頼性
  • 7.9 半導体の信頼性
  • 7.10 ESD
  • 7.11 インダクタ

DC/DCの知識の本:第8章

LED特性

LED特性

図 8.4:LEDストリング

戦争の最初のルールは、「敵を知る」ことです。 これは、ソリッドステート照明(SSL)と同じ原理です - LEDがどのように動作するかを理解していない場合には、アプリケーションが成功しないとしても驚かないでください。 LEDは非直線デバイスです。 低電圧がLEDに適用された場合、LEDは導通しません。

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内容一覧
  • 8.1 定電流でのLEDの駆動
  • 8.2 いくつかのDC定電流源
  • 8.3 LEDをストリングに接続
  • 8.4 LEDストリングを並列に接続
  • 8.5 並列ストリングでのLED電流のバランス
  • 8.6 並列ストリングまたはグリッドアレイ – どちらが良いか?
  • 8.7 LED調光
  • 8.8 熱ディレーティング
  • 8.9 温度ディレーティング
  • 8.10 輝度補償
  • 8.11 RCDドライバを使用したいくつかの回路アイデア

DC/DCの知識の本:第9章

DC/DCアプリケーションのアイデア

DC/DCアプリケーションのアイデア

図 9.5:電池ヘルスモニタで使用されるカスケード接続コンバータ

多くのアプリケーションはDC/DC変換を必要とします。 非常に多くが、世界市場は2020年までに350億ドルを超えると推定しています。 しかし、多くの回路設計者にとって、DC/DCコンバータは「ブラックボックス」であり、インダクタやトランジスタなどの他のコンポーネントと同様に機能を果たすためのコンポーネントです。

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内容一覧
  • 9.1 はじめに
  • 9.2 極性反転
  • 9.3 パワーダブラー
  • 9.4 スイッチングレギュレータとDC/DCコンバータの組み合わせ
  • 9.5 コンバータの接続
  • 9.6 絶縁の向上
  • 9.7 5Vレールクリーンナップ
  • 9.8 CTRLピンの使用
  • 9.9 Vadjの使用 ピン

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