スイッチ・モード電源設計では、多種多様なトポロジやコントローラ・タイプから選択することになるため、未知の操作を行うことになる場合があります。本アプリケーション・ブリーフ・シリーズでは、アプリケーションに最適な電源トポロジを選択する方法と、その実現に必要な知識について説明します。通常、最善の方法は、アプリケーション専用の仕様から始めることです。この仕様には、入力電圧範囲、出力電圧、最大負荷電流に関する情報を最低限含める必要があります。ただし、次の質問に答えられる場合は、最も適合性の高いトポロジ、システム設計、またはその両方を選択する方が簡単です。

• アプリケーションで入力と出力の間に絶縁バリアは必要か？必要な場合、どの絶縁レベルが必要か？1 次側または 2 次側のレギュレーションにより、出力電圧のレギュレーションを実現できるか？
• この電源は DC/DC または AC/DC 変換用に設計されているか？入力に関するその他の情報として、最大突入電流、最大入力電流、許容される最大反射リップルを挙げることができます。
• アプリケーションの出力電力範囲は？多くの場合、この情報に基づいて使用可能なトポロジとコントローラの数が絞り込まれます。この仕様には、電源の出力電圧許容誤差、許容される最大出力電圧リップル、平均出力電流、ピーク出力電流の要件も含める必要があります。負荷レギュレーション、過渡応答、入力電圧レギュレーションなどのダイナミック特性に対するその他の要求 (たとえば、車載クランキングでは後者が重要など) も仕様に含める必要があります。仕様に適合するように電力段を調整する必要が生じる場合があるからです。
• 望ましいスイッチング周波数は？ピーク放射の低減のため、周波数ディザリングが必要か？システムに複数の電源が存在するか？その場合、電源を同期する必要があるか？車載アプリケーションの場合、AM 帯域への干渉を避けるため、450kHz を下回るまたは 2.1MHz を上回るスイッチング周波数を選択します。大電力アプリケーションでは、可能な限り最高の効率を実現するために、低いスイッチング周波数を選択します。
• 周囲温度と動作温度の範囲は？この設計の対象となるアプリケーション・セグメントは？商用、車載、防衛用、または宇宙グレードの部品が必要か？
• 電源の主な優先事項は？一般に、すべての電源設計で、性能、外形、コスト間でのトレードオフが発生します。これらの要素が設計の品質に直接影響するため、これらの要素のうち、最も優先度の高いものを把握してください。
• 電源は、効率、電磁干渉 (EMI)、力率補正 (PFC)、UL (Underwriters Laboratories) 認定に関する特定の規格を満たす必要があるか？軽負荷効率または特定のスタンバイ電力レベルが必要か？

これらすべての情報が必ずしも必要とは限りません。電源仕様を詳細に定めることで、最適なトポロジと最高性能を発揮する部品の選択が容易になります。

最も一般的なスイッチ・モード電源トポロジを以下に示します。

これらのトポロジは、テキサス・インスツルメンツの Power Stage Designer™ ソフトウェア・ツールによってサポートされています。

表 1 に、電源仕様で最も一般的なパラメータを示します。

本シリーズのパート 2 では、仕様のパラメータに基づいて最適なトポロジを選択する方法について説明します。

その他の資料

• Power Stage Designer™ ソフトウェア・ツール
• トポロジ・トレーニングの詳細については、トレーニング・ポータルをご覧ください
• 本シリーズの次のアプリケーション概要をご覧ください：電源設計へのアプローチ方法 - パート 2