Slide 1: DC/DCコンバータに最適なインダクタを選択する
DC/DCコンバータに 最適なインダクタを選択する 蜷川顕二 シニアFAE MPSジャパン 2025年9月 rev 20180504
Slide 2: トピック
トピック 1. 磁気学の基礎 2. DC/DCコンバータ 3. 降圧型コンバータのトポロジー 4. インダクタンス、リップル電流、効率 5. 飽和電流 6. 定格電流 7. 効率比較 8. Q&A
Slide 3: インダクタとは
インダクタとは ワイヤは、コアの有無に関わらず、コイル形状に巻か れます。 o 電流が増加している場合、インダクタは電流の 増加を抑制しようとします。 Magnetic Field インダクタの主な役割 -V+ インダクタは、回路からの I→ 電流の変化に対比する。 Current - + di V=Lx o 電流が減少している場合、インダクタは電流の dt 減少を阻止しようとします。 インダクタは、電流の変化がある場合、 Magnetic Field 常に電圧が生じます。 I→ +V- I = constant V=0 Current + -
Slide 4: インダクタとは
インダクタとは • インダクタは、誘導された電気エネルギーを磁 気エネルギーとして蓄積できます。 Magnetic Field • 電流が時間とともに変化すると、誘導された磁 気エネルギーが変化し、起電力が生じます。 dφ di e=− =−L dt dt Current EMF e = 起電力 (EMF) dφ = 時間経過に伴う磁束の変化 dt di = 時間経過に伴う電流の変化 dt L = インダクタンス (単位：ヘンリー(H))
Slide 5: インダクタ
インダクタ µo x µr x A L= x N2 l • L = インダクタンス (H) • µo = 自然定数 (4π x 10-7) • µr = 相対透磁率 • AM = コイルの面積 • lM = コイルの長さ • N = 巻数 µo x µr x A L= x N2 → L = AL x N2 l コア材料に関連するパラメータ
Slide 6: DC/DCコンバータ
DC/DCコンバータ IIN → IOUT → + VIN DC/DC VOUT + 負荷 → → - コンバータ - • 降圧型コンバータ: • 昇圧型コンバータ: o VIN > VOUT o VIN < VOUT o IIN < IOUT o IIN > IOUT
Slide 7: DC/DC降圧型コンバータ
DC/DC降圧型コンバータ VT VL IIN IL IOUT + インダクタ + スイッチ VIN VD VOUT 負荷 - コンデンサ コンデンサ - ダイオード スイッチ・オン スイッチ・オフ + + インダクタ インダクタ 負荷 スイッチ 負荷 スイッチ ダイオード コンデンサ ダイオード コンデンサ - -
Slide 8: DC/DC降圧型コンバータ – 電流の定義
DC/DC降圧型コンバータ – 電流の定義 • IOUT 出力電流 平均インダクタ電流 IL IOUT = IAVG = IL = IDC ≈ IL RMS • IL MAX インダクタの最大電流 必要な飽和電流 IOUT ΔIL IL MAX r x IOUT IL MAX = IL PEAK = ISAT = IOUT + 2 IL MIN • ΔIL インダクタのリップル電流 電流リップル率 20% ～ 40% tON tOFF 時間 ∆IL = r x IOUT (r: リップル電流係数)
Slide 9: DC/DC降圧型コンバータ – インダクタンス
DC/DC降圧型コンバータ – インダクタンス EVL2328-TL-00A: 同期整流降圧型コンバータ用評価ボード コンバータのパラメータ: • 入力電圧 (VIN) = 24V V 𝑡 • 出力電圧 (VOUT) = 5V D𝐶 = 𝑉OUT = ON = 0.208 𝑇 • 出力電流 (IOUT) = 2A IN • スイッチング周波数 (fSW) = 430kHz • リップル電流係数 (r) = 40% 標準インダクタンス値: V − VOUT L = f IN x DC = 11.5µH 8.2µH / 10µH / 12µH / 15µH sw x ∆IL x IOUT…
Slide 10: DC/DC降圧型コンバータ – リップル電流
DC/DC降圧型コンバータ – リップル電流 EVL2328-TL-00A: 同期整流降圧型コンバータ評価ボード 入力電圧 (VIN) = 24V より高いインダクタンス = より少ないリップル電流 出力電圧 (VOUT) = 5V より低いインダクタンス = より高いリップル電流 出力電流 (IOUT) = 2A スイッチング周波数 (fSW) = 430kHz 6.8µH 8.2µH 10µH 15µH ピーク・ツー・ピーク = ピーク・ツー・ピーク = ピーク・ツー・ピーク = ピーク・ツー・ピーク = 1.62A 1.26A 1.18A 0.89A
Slide 11: DC/DC降圧型コンバータ – リップル電流
DC/DC降圧型コンバータ – リップル電流 リップル電流が増加すると、交流損失が増加します。 低いインダクタンス 高いリップル電流 (ΔIL) IL 低い抵抗 (RDC) 高いインダクタンス 小さなリップル電流 (ΔIL) 高い抵抗 (RDC) 時間
Slide 12: DC/DC降圧型コンバータ – 効率
DC/DC降圧型コンバータ – 効率 MP2328 MPL-AL6060 より高いインダクタンス = • より低いリップル電流 • より高い効率 • より少ないAC損失
Slide 13: 飽和電流
飽和電流 タイプ / 特長 フェライトドラムコアインダクタ • 高透磁率 • ハード飽和 • 温度依存 成形インダクタ • 低透磁性 25°C • ソフト飽和 • 温度範囲全体で安定 100°C
Slide 14: 飽和電流
飽和電流 • 安全な使用範囲 100% • インダクタンス値が変化 リップル電流 リップ ΔL ル電流 • 成形型インダクタは、より大きな 柔軟性と動作範囲を提供 70% • フェライトドラムコアインダクタ は、ドロップニーポイントまで安 定。このポイントを超えると、機 ΔIL 能性が低下 1.6 2 2.4 IOUT = 2A ∆I IL MAX = IOUT + 2L = 2.4A
Slide 15: 定格電流
定格電流 部品の自己発熱は、導線の直流抵 抗(RDC)によるものです。 温度上昇は標準ではなく、メー カーによって異なります。 最大動作温度条件と周囲温度を考 慮してください。 TOPERATING = TAMBIENT + ΔTSELF-HEATING 125°C ? ? 最大動作温度を超えないでください 155°C その他?
Slide 16: 巻線始め
巻線始め コンバータのスイッチノードは、巻線側の始点に近い位置にあります。 VIN SWノード用SoW L IN V T T N N • 高調波による可聴ノイズを回避 • インダクタによるエミッションを低減
Slide 17: インダクタの選定に関する考慮事項
インダクタの選定に関する考慮事項 インダクタ 電流 • 必要なインダクタンスを計算する (L) • 飽和電流 • インダクタに流れる最大電流を計算する。 o ソフトまたはハード飽和 o IOUT o ピーク電流 o ILMAX o 最大リップル電流 • 計算されたインダクタンスに近いインダクタを選 o より低いインダクタンス = より高いリップル電流 択し、電流が最大計算電流以上になることを確認 o より高いインダクタンス = より低いリップル電流 してください。 • 定格電流 • アプリケーションの周波数 o アプリケーションの周囲温度 • EMI o 動作温度制限 • 巻線始め o より低
Slide 18: MPL-ATシリーズ
MPL-ATシリーズ MPL-AT (小型モールドインダクタ) • 巻線開始表示 • 低プロファイルのインダクタ • 低DCR • 高飽和電流 • ソフト飽和 • 温度範囲全体で安定 • 最大動作温度: 125 ° C • サイズ: 2010 / 2512
Slide 19: MPL-AYシリーズ
MPL-AYシリーズ MPL-AY (モールドインダクタ) • 巻線開始表示 • 低DCR • 高飽和電流 • ソフト飽和 • 温度範囲全体で安定 • 最大動作温度: 125°C / 155°C • サイズ: 3020 / 4020 / 1050 / 1265
Slide 20: MPL-ALシリーズ
MPL-ALシリーズ MPL-AL (低抵抗モールドインダクタ) • 巻線開始表示 • フラットワイヤ構造 • 最小のDCR • 高性能 • 高飽和電流 • ソフト飽和 • 温度範囲全体で安定 • 最大動作温度: 155°C • サイズ: 4020 / 5030 / 5050 / 6050 / 6060 フラットワイヤ、低DCR、高効率
Slide 21: MPL-SEシリーズ
MPL-SEシリーズ MPL-SE (セミシールドインダクタ) • 磁気特性の向上のための外部エポキシ樹脂 • 磁気シールド • 低DCR • 高電流 • 最大動作温度: 125°C • サイズ: 2512 / 4030 / 5040 / 6040
Slide 22: MPSのインダクタ - 効率
MPSのインダクタ - 効率 製品型番 L RDC IDC ISAT A/B/C MPS MPL-AL6060-100 10µH 24mΩ 6.9A 6.6A Efficiency MPL-AL6060-100 Comparison _ MPQ8883_500kHz 1.2 W 99 % 1W 97 % 95 % 0.8 W total power loss efficiency 93 % 0.6 W 91 % 0.4 W 89 % MPQ8883 500kHz 比較 10µH 0.2 W 87 % MPL-6060-100 (青) Market A / B / C 85 % 0W 0A 0.
Slide 23: Q&A
Q&A 問い合わせ PowerMagnetics@monolithicpower.com パワーインダクタのページとインダクタ選択ツール https://www.monolithicpower.com/jp/products/inductor.html パワーインダクタのカタログ https://www.monolithicpower.com/jp/support/product-literature.html ウェビナー「パワーインダクタの第一歩 - 基本パラメータを理解する」 https://www.monolithicpower.com/jp/support/videos/webinar