フォワードコンバータ計算ツールとは？
フォワードコンバータは、スイッチがオンの間にトランスを介してエネルギーを伝送する絶縁型のDC-DCスイッチング電源回路です。この計算ツールでは、入力（電源）電圧、二次巻線と一次巻線の巻数比、そしてスイッチングのデューティ比という3つの値から、理想的な連続導通モード（CCM）時の出力電圧を求めます。電源回路の設計はもちろん、学習や設計値の素早い確認にも役立つ、エレクトロニクス分野で広く使える汎用ツールです。
使い方
入力電圧Vinをボルト（V）で、一次巻線の巻数Np、二次巻線の巻数Ns、そしてデューティ比Dを0〜1の小数（例：40%＝0.4）で入力します。ツールは定常状態での出力電圧と、計算された巻数比をあわせて表示します。
計算式の解説
理想的なフォワードコンバータの出力電圧は次の式で表されます。
$$V_{out} = \text{V}_{in} \cdot \frac{\text{N}_s}{\text{N}_p} \cdot \text{D}$$
トランスは巻数比\(\text{N}_s/\text{N}_p\)に応じて入力電圧をスケーリングします。さらに、エネルギーが伝送されるのはオン時間の間だけなので、出力にはデューティ比\(\text{D}\)が掛け合わされます。この式はダイオードの順電圧降下、巻線抵抗、漏れインダクタンスを無視しているため、設計上の理想的な目標値が得られます。
計算例
例として、Vin = 48 V、Np = 10巻、Ns = 5巻、D = 0.4とします。巻数比は \(5/10 = 0.5\) です。したがって $$V_{out} = 48 \times 0.5 \times 0.4 = 9.6 \ \text{V}$$ となります。出力電圧を上げたい場合は、デューティ比を大きくするか、二次巻線の巻数を増やします。
よくある質問
有効なデューティ比の範囲は？ フォワードコンバータでは、トランスの磁心をリセットさせるため、通常は約0.5未満で動作させます。入力値は0〜1の範囲で指定します。
ダイオードの損失は考慮されますか？ いいえ。これは理想式です。実際の出力は、整流ダイオードや抵抗による損失のため、わずかに低くなると考えてください。
デューティ比を逆算することもできますか？ 式を変形すれば求められます：\(\text{D} = V_{out} / (\text{V}_{in} \cdot \text{N}_s/\text{N}_p)\)。このツールはVoutを計算しますが、関係式は簡単に逆算できます。
