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完全ファンレス、この遠き道のり(17)～電源編～

カテゴリ： MediaPC

ヒートシンクの製作はちょっと行き詰っている。気分転換にまた電源のハナシである。
SW電源考察

手書きで恐縮だが(使っているのはTabletPCのオマケWindows Journalというソフト、結構便利)、スイッチング電源のハイブリッドICの回路は簡略化すると、図1のようになる。VoutがVrefより低い場合は制御回路はトランジスタQをONにする。このとき、ダイオードDはアノードの電圧のほうが高いわけだから、OFFになる。つまり、図2のようになる。逆にVoutがVrefより高い場合は、制御回路はQをOFFにする。このとき、コイルLには(この図にはないが)直前には、図1の場合のように負荷に流れる電流が流れているから、QがOFFになると入力の方の電圧が低くなり、ダイオードDはONになる。したがって図3のようになるわけだ。これを繰り返すことでVoutが一定の電圧になるわけである。実際の回路では、ONとOFFのそれぞれの間隔は無限に小さくするわけにはいかない。つまり、コンパレータなり、制御回路で一度ONからOFF、あるいは逆に切り替わったらある程度の時間その状態を保持することになる。この間、Voutは下がり(あるいは上がり)続けることになる。すなわち、スイッチング電源には本質的にある程度のリップルが不可避なことになる。このへんが、アナログ回路用には向かないといわれる理由なのだろう。
さて、このような特性は、コンパレータにヒステリシス特性を持たせることで実現できる。コンパレータに適当にヒステリシス(Vhys)を持たせ、Vinが投入された状態(すなわち大本の電源が入った状態)からだんだんVoutが上昇して行き、VrefでQがOFFになり、Voutがだんだん下がり(Vref－Vhys)で、Qが再度ON、だんだんVoutが上昇して行き、VrefでQがOFFになり････を繰り返すのがスイッチング電源の動作であることがわかる。
本質的には、コイルLが0でなければ回路としては成立するわけだが、現実問題としてコンパレータや制御回路、トランジスタの切り替わりは時間0ではできない。通常は数100KHz程度がよく使われているようだ。上記の繰り返しの解析は微分方程式を繰り返し解いたり、SPICEなどのシミュレータで調べることができるので、その結果が数100KHz程度になるようにLCRの関係を決めてやればよい。なお、「数100KHz」の妥当性はあとで別途考える。
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本日の御託
ジャンプの原田はなんと今回のオリンピックにも出るそうである。もちろん私よりは年下だが、トップアスリートとしてはロートル(失礼)というか、競技生活を引退していてもおかしくない。スゴイな～と思っていたら、先日の大会で64位とコケたそうである。
居残り特訓というのも笑わせるが、(決して悪意ではないが)原田の失敗というのもちょっと期待したりして･･･
がんばれ、原田！ 」

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