フライバックコンバータ計算ツールとは？
フライバックコンバータは、絶縁型のDC-DCスイッチング電源トポロジの一つです。スイッチがオンの期間に結合インダクタ（トランス）へエネルギーを蓄え、オフの期間に出力側へそのエネルギーを放出して電力を伝達します。本ツールは、連続導通モード（CCM）における定常状態の出力電圧を、入力電圧・トランスの巻数比・スイッチングのデューティ比という3つのパラメータから概算します。
使い方
入力電圧Vin、デューティ比D（0〜1の値。例えば0.4なら1周期のうち40%の時間スイッチがオン）、トランスの一次巻数Npと二次巻数Nsを入力してください。理想状態での出力電圧に加え、巻数比とデューティ項も併せて表示するので、計算の内訳が一目で分かります。
計算式の解説
基本となる式は次のとおりです。
$$V_{out} = \text{Vin} \cdot \frac{\text{Ns}}{\text{Np}} \cdot \frac{\text{D}}{1 - \text{D}}$$
\(\text{Ns}/\text{Np}\)の項はトランスの巻線によって反射電圧をスケーリングする係数を表し、\(\text{D}/(1-\text{D})\)の項はCCMにおける励磁インダクタンスのボルト秒平衡（ボルトセカンドバランス）を表します。Dが1に近づくほど出力電圧は急激に上昇するため、実際の設計ではDを上限よりも十分低く抑えるのが一般的です。
計算例
例えば、\(\text{Vin} = 12\ \text{V}\)、\(\text{D} = 0.4\)、\(\text{Np} = 10\)、\(\text{Ns} = 5\)とします。巻数比は\(5/10 = 0.5\)、デューティ項は\(0.4/(1-0.4) = 0.4/0.6 = 0.6667\)となります。したがって、次のようになります。
$$V_{out} = 12 \times 0.5 \times 0.6667 = 4\ \text{V}$$
よくある質問
損失は考慮されていますか？ いいえ。本ツールはあくまで理想的なCCMでの関係式に基づく値です。実際のコンバータでは、ダイオードの順方向電圧降下、巻線抵抗、漏れインダクタンスなどによる損失が生じるため、実測の出力電圧は計算値よりわずかに低くなります。
デューティ比はどのくらいに設定すべきですか？ 多くのフライバック設計では、定格入力時に0.3〜0.5の範囲で動作させ、余裕（ヘッドルーム）を確保しつつトランスのリセット時のストレスを抑えます。
DCMでも使えますか？ \(\text{D}/(1-\text{D})\)の形は連続導通モード（CCM）に適用されるものです。不連続導通モード（DCM）では伝達関数が負荷に依存するため、別の式が必要になります。
