降圧コンバータ計算ツールとは？
降圧（バック）コンバータは、高い入力電圧を低い安定化された出力電圧へと高効率で変換するスイッチング方式のDC-DCレギュレータです。本ツールでは、入力電圧とスイッチングのデューティ比から定常状態での出力電圧を求めると同時に、設定したリップル電流に合わせて最適なインダクタ値も算出します。計算式は、連続導通モード（CCM）で動作するコンバータを前提としています。
使い方
入力電圧（Vin）、スイッチのデューティ比（D：パーセント）、スイッチング周波数（kHz）、出力負荷電流、そして出力電流に対する目標リップル電流（パーセント。30%が一般的な目安です）を入力してください。ツールは安定化された出力電圧、インダクタのリップル電流（アンペア）、推奨インダクタンス値（マイクロヘンリー）を返します。
計算式の解説
CCMで動作する理想的な降圧コンバータでは、変換比はシンプルに Vout = Vin × D となります。ここで D は、1スイッチング周期のうちハイサイドスイッチがオンになっている割合です。インダクタ値はボルト秒バランスから導かれ、L =（Vin − Vout）· D /（f · ΔI_L） で求められます。f はヘルツ単位のスイッチング周波数、ΔI_L は目標とするインダクタのピークtoピークリップル電流です。
計算例
12 V を D = 42%（0.42）で降圧する場合：Vout = 12 × 0.42 = 5.04 V。Iout = 2 A、リップル30%とすると、ΔI_L = 0.6 A。f = 100 kHz のとき、L =（12 − 5.04）× 0.42 /（100000 × 0.6）= 2.9232 / 60000 ≈ 48.72 µH となります。
主要な用語と変数
バックコンバーターはスイッチモード DC-DC 回路で、高い入力電圧をより低い、安定化された出力に降圧します。以下の変数は、このコンバーターの定義式に登場します。
- 入力電圧（Vin）
- コンバーターに供給される無安定化 DC 電圧（ボルト（V）単位）。バックトポロジーが動作するには、常に望ましい出力より高くなければなりません。
- 出力電圧（Vout）
- 負荷に供給される安定化 DC 電圧（ボルト（V）単位）。理想的な継続導通モードのバックコンバーターでは \(V_{out} = V_{in} \times D\) です。
- デューティサイクル（D）
- ハイサイド スイッチがオンになっている各スイッチング周期の割合で、比率（0～1）またはパーセンテージ（0～100%）で表現されます。これにより変換比が直接設定されます：\(D = V_{out}/V_{in}\)。
- スイッチング周波数（f）
- メインスイッチが オン・オフ する周波数（ヘルツ（Hz）単位）—通常キロヘルツ（kHz）で表記されます。より高い \(f\) により、より小さなインダクターとキャパシターが可能になりますが、スイッチング損失が増加します。
- インダクター リップル電流（\(\Delta I_L\)）
- 1 つのスイッチング周期にわたるインダクター内の電流のピークからピークまでの変動（アンペア（A）単位）。通常、出力（負荷）電流のパーセンテージとして指定されます。
- 継続導通モード（CCM）
- インダクター電流がスイッチング周期中にゼロまで低下しない動作モード。CCM では単純な関係式 \(V_{out}=V_{in}\,D\) が成り立ちます。軽負荷では、コンバーターは断続導通モード（DCM）に入る可能性があります。この場合、比率は負荷にも依存します。
- インダクタンス（L）
- 電力インダクターの値（ヘンリー（H）単位）—通常マイクロヘンリー（µH）で表現されます。これは所定の入力/出力と周波数に対するリップル電流を設定します：\(L = \dfrac{(V_{in}-V_{out})\,D}{f \cdot \Delta I_L}\)。
よくある質問
出力は必ず Vin × D になりますか？ この理想的な関係式は連続導通モードで成立します。スイッチやダイオードの電圧降下、抵抗による損失は考慮していないため、実際の出力はこれよりわずかに低くなります。
リップル電流はどのくらいに設定すべき？ 最大出力電流の20〜40%が一般的です。リップルを小さくするほど、より大きなインダクタが必要になります。
周波数を変えると出力電圧は変わりますか？ いいえ。Vout は Vin とデューティ比だけで決まります。周波数はインダクタやコンデンサのサイズに影響しますが、安定化後の電圧には影響しません。
