DCDCコンバータ（降圧）の出力電流について

質問

降圧DCDCコンバータ （スイッチングレギュレータ） の出力電流は入力電流がそのまま出力されるのでしょうか。例えば、12V/3Aを5V/3Aにしたいとき、DCDCコンバータを通しても3Aが出力されるのでしょうか。

具体例を挙げますと、例えばこちらの製品ですと
https://www.ricoh.co.jp/LSI/product_power/dc_down/r1242s/

「内蔵されているハイサイドスイッチのON抵抗は0.1Ω(Typ.)で最大3Aまで電流を供給できます」と書いてありますが、これは3Aを入力して3Aが出力されるということでしょうか。

よろしくお願い致します。

回答No.5

bogen555

Lを変えてシミュレーションしてみました。
L＝2.2μHのとき
入力電流ピーク値：9.186Apk
入力電流平均値　：1.365Aav
入力電流実効値　：2.8975Arms
L＝10μHのとき
入力電流ピーク値：4.496Apk
入力電流平均値　：1.277Aav
入力電流実効値　：2.040Arms
L＝22μHのとき
入力電流ピーク値：3.634Apk
入力電流平均値　：1.252Aav
入力電流実効値　：1.942Arms
L＝47μHのとき
入力電流ピーク値：3.290Apk
入力電流平均値　：1.252Aav
入力電流実効値　：1.941Arms
入力にスイッチが直結されているから、入力電流平均値は入力直流電流そのものです。
入力電流実効値とスイッチのオン抵抗からスイッチの定常損失が計算できます。
また、L≧10μHのとき、スイッチのオン期間の入力電流平均値が出力電流に等しいことは回路から理解できることと思います。
L＝2.2μHのとき（専門用語でDCMと呼ぶ）は、L≧10μHのとき（専門用語でCCMと呼ぶ）と違ってオン期間の入力電流平均値は出力電流よりも大きくなります。

発明家の先生方の入力電流ピーク値が出力電流によらない回路は大発明だから、詳細と実測波形かシミュレーション波形を是非みたいと思うのは、私だけではないでしょう。

回答No.4

Classified

スイッチングレギュレータは、その具体例のデータシート書かれているように85%～90%の効率ですので 12V 1.5A あれば足りるはずです。
なお、これはDC/DCコンバータの入力と出力の電流の話であって、内部の回路の特定の箇所の電流の話ではありません。

ハイサイドスイッチだとピーク電流は入力(の平均)電流の倍よりちょっと多いはずです。.. って、これもその具体例のデータシートに原理説明があるし...

また、ハイサイドスイッチの話とは別に、出力電流の目安として3Aとありますが、「条件や外付け部品に左右される」と但し書きがあります。(おなじ3Aなのは、たまたまかしらん。)

リニアレギュレータしか知らないと、何で入力と出力の電流が異なるかと思うかもしれません。ですが、交流の場合　トランスを使えば　高電圧低電流を　低電圧高電流に　いとも簡単に変換できることを思えば、そう不思議でもないでしょう。

回答No.3

bogen555

スイッチ電流のピーク値がどうなるのか、電源シミュレータでみました。
http://www.keisoku.co.jp/pw/product/power/scat.html
12V入力時に5V/3A出力で、図のように4.6Apkです。
Lを大きくすれば小さくなりますが、出力電流の3A以下にはなりません。

据え置き型パソコンのCPU電源（VR電源と呼ぶ）は約1V/100Aですが、
100A以上のピーク電流はATX電源にかかる負担が大きすぎるため、
多相化して小さくしています。
ANo.2のようなことができれば『世紀の大発明』です。
ぜひ補足でどんなpaper（文献）があるかきいてください。

回答No.2

angkor_h

最近の技術で設計されたD/Dコンバーターは、入出力の関係は電力です。
たとえば、その効率が90%であれば、
　入力電力×90%=出力電力
になります。
入力、出力とも、電力=電圧×電流で変換すれば各々の電圧と電流が求められます。
ご質問の例で言えば、
入力12V×3A、効率90%ならば、出力は5V×(12×3×0.9÷5)A
となります。

「ハイサイドスイッチ」とは、降圧型なので多分入力側でしょう。
「0.1Ω(Typ.)で最大3Aまで」は入力側回路の電圧降下による許容損失制限と思われます。
よって、「入力側電流は最大3Aまで使えます」「…3Aまでしか使えません」と解釈できます。
出力側電流ではありません。

回答No.1

bogen555

電流の値の表し方には、ピーク値:Ipk、実効値:Irms、平均値:Iavがあります。
直流電源の場合は、平均値を使用します。
それは直流電力Pdcが、電圧Vdcが一定だとするとスイッチング周期をTとして
Pdc=(1/T)∫(0→T){Vdc×I}dt
ここで
(1/T)∫(0→T)Idt=Iav
より、
Pdc=Vdc×Iav
となることが根拠です。
降圧DCDCコンバータのスイッチ電流Iswと出力電流Ioutの関係は動作モードによって
変わるが、入力電流Iinとリアクトル（コイル）電流Ilを用いて損失を無視すると
Iinpk=Iswpk=Ilpk
Iinav=Iswav
Ilav=Iout
Iout=(Vin×Iinav)÷Vout
となります。
これらの式を変形して、必要な値を求めます。
簡単な計算はここでできます。
http://toragi.cqpub.co.jp/tabid/316/Default.aspx
「3A」とゆうのはスイッチ電流ピーク値の絶対最大定格ですから、
使用するときのスイッチ電流ピーク値は2A程度に低減するのが一般的な設計です。
入力電流の平均値Iinavに対し、ピーク値Iinpkは大きくなり、
大きさは動作状態によって大幅に変動するので、設計時に注意が必要です。
とゆうのはリアクトルの電流定格はピーク値によって決定されるから、
大きな形状が必要になることがあるからです。

とゆうことで、入力電流のピーク値は出力電流よりも大きくなります。
そこで、電源の供給能力から入力電流ピーク値を平均値に近づけるため
Iinpk≒Iinav=(Vout×Iout)÷Vin
入力側にLCフィルタを入れます。
例えば出力が5V/3Aの場合は、入力は12V/1.25Aとなります。
効率100％ではないので、1.25Aよりも大きくなりますが。
入力側LCフィルタが無いと、3Aよりも大きなピーク電流が流れます。
起動時もソフトスタートして、大きなピーク電流が流れないようにします。

質問者は若そうですから、チャンとした教科書で学ぶことを薦めます。
スイッチング電源には素晴らしい教科書があり、熟読してみて下さい。
http://www.amazon.co.jp/dp/0792372700