スイッチング電源の効率を上げる方法

スイッチング電源の効率を上げる方法

スイッチング電源の消費電力は、半導体スイッチ、磁性部品、配線等の寄生抵抗による固定損失とスイッチング動作時のスイッチング損失から構成されます。固定損失は主に部品自体の特性に依存するため、部品技術の向上により抑制する必要があります。磁性部品の場合、表皮効果と隣接線効果の両方を考慮した低損失巻線法が古くから研究されてきました。また、トランスの漏れインダクタンスに起因するスイッチングサージによるスイッチング損失を低減するために、サージエネルギー回生機能付きバッファ回路などの新しい回路技術が開発されています。以下は、スイッチング電源の効率を向上させるための回路とシステム方式です。

（１）ZVS（ゼロ電圧スイッチング）、ZCS（ゼロ電流スイッチング）などの共振スイッチングを利用してスイッチング損失を低減する方式。

（２）アクティブクランプ回路に代表されるエッジ抵抗の活用によるスイッチング損失の低減

（３）スイッチング素子のオン時間を長くしてピーク電流を抑制することで固定損失を低減する。

（４）低電圧・大電流用途の同期整流回路の改良による固定損失の低減

（５）コンバータの並列構造を利用することによる固定損失の低減
最初の方法は、スイッチング損失の低減に非常に効果的ですが、ピーク電流とピーク電圧による固定損失が増加するという問題があります。 2番目の方法は、アクティブスナバ（Active Snubber）の問題を解決するために開発されたもので、非常に実用的なZVS方式ですが、軽負荷状態では、無効電流によって引き起こされる効率低下がその大きな欠点の1つです。 3番目の方法では、タップインダクタ（TapInductor）の使用がより効果的で、漏れ電流によって引き起こされる漏れ電流に対処できます。 3番目の方法であるタップインダクタ法は、より効果的で、漏れインダクタンスによって引き起こされるサージ現象に対処できます。 4番目の方法については、2段構造は、同期整流回路の効率的な動作を実現する方法の1つです。 2段構造は、0.5に近い固定時間比と前段のコンバータによる出力電圧制御を使用して、同期整流回路の効率的な動作を実現する方法の1つです。 2 段構造にすると効率が低下するという通説に反して、この従来の考え方は、低電圧大電流の場合には非常に効果的です。 5 番目の方法については、コンバータ回路全体を並列に接続するか、電流倍増器のように一部を並列に接続することができます。 以下は、コンバータの並列動作によって達成される効率向上の簡単な説明です。 以下は、コンバータの並列動作を使用して達成される効率向上の簡単な説明です。