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2019-07-22 基礎講座 技術情報 電源回路の基礎知識(2) ~スイッチング・レギュレータの動作~ この記事をダウンロード 電源回路の基礎知識(1)では電源の入力出力に着目して電源回路を分類しましたが、今回はその中で最も多く使用されているスイッチング・レギュレータについて、降圧型スイッチング・レギュレータを例に、回路の構成や動作の仕組みをもう少し詳しく説明していきます。 スイッチング・レギュレータの特長 スマートフォン、コンピュータや周辺機器、デジタル家電、自動車(ECU:電子制御ユニット)など、多くの機器や装置に搭載されているのがスイッチング・レギュレータです。スイッチング・レギュレータは、ある直流電圧を別の直流に電圧に変換するDC/DCコンバータの一種で、次のような特長を持っています。 降圧(入力電圧>出力電圧)電源のほかに、昇圧電源(入力電圧<出力電圧)や昇降圧電源も構成できる エネルギーの変換効率が一般に80%から90%と高く、電源回路で生じる損失(=発熱)が少ない 近年のマイコンやAIプロセッサが必要とする1. 0V以下(サブ・ボルト)の低電圧出力や100A以上の大電流出力も実現可能 コントローラICやスイッチング・レギュレータモジュールなど、市販のソリューションが豊富 降圧型スイッチング・レギュレータの基本構成 降圧型スイッチング・レギュレータの基本回路は主に次のような素子で構成されています。 入力コンデンサCin 入力電流の変動を吸収する働きを担います。容量は一般に数十μFから数百μFです。応答性を高めるために、小容量のコンデンサを並列に接続する場合もあります。 スイッチ素子SW1 スイッチング・レギュレータの名前のとおりスイッチング動作を行う素子で、ハイサイド・スイッチと呼ばれることもあります。MOSFETが一般的に使われます。 図1. 降圧型スイッチング・レギュレータの基本回路 スイッチ素子SW2 スイッチング動作において、出力インダクタLと負荷との間にループを形成するためのスイッチ素子です。ローサイド・スイッチとも呼ばれます。以前はダイオードが使われていましたが、最近はエネルギー変換効率をより高めるために、MOSFETを使う制御方式(同期整流方式)が普及しています。 出力インダクタL スイッチ素子SW1がオンのときにエネルギーを蓄え、スイッチ素子SW1がオフのときにエネルギーを放出します。インダクタンスは数nHから数μHが一般的です。 出力コンデンサCout スイッチング動作で生じる出力電圧の変動を平滑化する働きを担います。容量は一般に数μFから数十μF程度ですが、応答性を高めるために、小容量のコンデンサを並列に接続する場合もあります。 降圧型スイッチング・レギュレータの動作概要 続いて、動作の概要について説明します。 二つの状態の間をスイッチング スイッチング・レギュレータの動作は、大きく二つの状態から構成されています。 まず、スイッチ素子SW1がオンで、スイッチ素子SW2がオフの状態です。このとき、図1の等価回路は図2(a)のように表されます。このとき、出力インダクタLにはエネルギーが蓄えられます。 図2(a).
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図6 よりV 2 の電圧で発振周波数が変わることが分かります. 図6 図5のシミュレーション結果 図7 は,V 2 による周波数の変化を分かりやすく表示するため, 図6 をFFTした結果です.山がピークになるところが発振周波数ですので,V 2 の電圧で発振周波数が変わる電圧制御発振器になることが分かります. 図7 図6の1. 8ms~1. 9ms間のFFT結果 V 2 の電圧により発振周波数が変わる. 以上,解説したようにMC1648は周辺回路のコイルとコンデンサの共振周波数で発振し,OUTの信号は高周波のクロック信号として使います.共振回路のコンデンサをバリキャップに変えることにより,電圧制御発振器として動作します. ■データ・ファイル 解説に使用しました,LTspiceの回路をダウンロードできます. ●データ・ファイル内容 :図1の回路 :図1のプロットを指定するファイル MC1648 :図5の回路 MC1648 :図5のプロットを指定するファイル ■LTspice関連リンク先 (1) LTspice ダウンロード先 (2) LTspice Users Club (3) トランジスタ技術公式サイト LTspiceの部屋はこちら (4) LTspice電子回路マラソン・アーカイブs (5) LTspiceアナログ電子回路入門・アーカイブs (6) LTspice電源&アナログ回路入門・アーカイブs (7) IoT時代のLTspiceアナログ回路入門アーカイブs (8) オームの法則から学ぶLTspiceアナログ回路入門アーカイブs
差動アンプは,テール電流が増えるとゲインが高くなります.ゲインが高くなると 図2 のV(tank)のプロットのようにTank端子とBias端子間の並列共振回路により発振し,Q 4 のベースに発振波形が伝わります.発振波形はQ 4 からQ 5 のベースに伝わり,発振振幅が大きいとC 1 からQ 5 のコレクタを通って放電するのでAGC端子の電圧は低くなります.この自動制御によってテール電流が安定し,V(tank)の発振振幅は一定となります. Q 2 とQ 3 はコンパレータで,Q 2 のベース電圧(V B2)は,R 10 ,R 11 ,Q 9 により「V B2 =V 1 -2*V BE9 」の直流電圧になります.このV B2 の電圧がコンパレータのしきい値となります.一方,Q 4 ベースの発振波形はQ 4 のコレクタ電流変化となり,R 4 で電圧に変換されてQ 3 のベース電圧となります.Q 2 とQ 3 のコンパレータで比較した電圧波形がQ 1 のエミッタ・ホロワからOUTに伝わり, 図2 のV(out)のように,デジタルに波形整形した出力になります. ●発振波形とデジタル波形を確認する 図3 は, 図2 のシミュレーション終了間際の200ns間について,Tank端子とOUT端子の電圧をプロットしました.Tank端子は正弦波の発振波形となり,発振周波数をカーソルで調べると50MHzとなります.式1を使って,発振周波数を計算すると, 図1 の「L 1 =1μH」,「C 3 =10pF」より「f=50MHz」ですので机上計算とシミュレーションの値が一致することが分かりました.そして,OUTの波形は,発振波形をデジタルに波形整形した出力になることが確認できます. 図3 図2のtankとoutの電圧波形の時間軸を拡大した図 シミュレーション終了間際の200ns間をプロットした. ●具体的なデバイス・モデルによる発振周波数の変化 式1は,ダイオードやトランジスタが理想で,内部回路が発振周波数に影響しないときの理論式です.しかし,実際はダイオードとトランジスタは理想ではないので,式1の発振周波数から誤差が生じます.ここでは,ダイオードとトランジスタへ具体的なデバイス・モデルを与えてシミュレーションし, 図3 の理想モデルの結果と比較します. 図1 のダイオードとトランジスタへ具体的なデバイス・モデルを指定する例として,次の「」ステートメントに変更します.このデバイス・モデルはLTspiceのEducationalフォルダにある「」中で使用しているものです.
振動子の励振レベルについて 振動子を安定して発振させるためには、ある程度、電力を加えなければなりません。 図13 は、励振レベルによる周波数変化を示した図で、電力が大きくなれば、周波数の変化量も大きくなります。 また、振動子に50mW 程度の電力を加えると破壊に至りますので、通常発振回で使用される場合は、0. 1mW 以下(最大で0. 5mW 以下)をお推めします。 図13 励振レベル特性 5. 回路パターン設計の際の注意点 発振段から水晶振動子までの発振ループの浮遊容量を極力小さくするため、パターン長は可能な限り短かく設計して下さい。 他の部品及び配線パターンを発振ループにクロスする場合には、浮遊容量の増加を極力抑えて下さい。
そして「music♪」の765PRO ALLSTARS版を追加してほしくないですか? リズム、音楽ゲーム 『ラブライブ! スクスタ』の質問です。 将来的にLiella! が実装されて、9人楽曲の編成に入れたら、残り4枠に誰を入れますか? μ's、Aqours、虹ヶ咲(栞子、嵐珠、ミアを含む)、またはLiella! 以外の将来的に実装して欲しいキャラ(A-RISE、Saint Snow等)からお選び下さい。 リズム、音楽ゲーム あんさんぶるスターズ! !MUSIC のツアーイベントについて。 もうすぐあんスタのツアーイベが始まりますが、報酬の星5、2人とも私の推しキャラでどうすればいいか困ってます。 新曲イベントに比べて星5キャラ1枚獲得のハードルは低いですが、2枚欲しいとなったらやはり難易度は高くなると思います。 特効キャラ無しで星5を1枚ずつ取る場合、また限凸する場合のダイヤの消費数(目安)を教えて頂きたいです。 スマホアプリ アイドリッシュセブンについてです。 画像のシーンがあるのはアニメの何期の何話ですか? アイドリッシュセブン アイナナ アニナナ アニメ アイドリッシュセブンのアニメの質問です。 天が陸にステージ上で陸に手を差し伸べながら「やっと僕らの夢が叶ったね」って陸に言うのは何期の何話ですか? App Store・Google Play™向けアプリケーション『太鼓の達人プラス★新曲取り放題！』と新日本プロレスがコラボ実施中！棚橋選手、オカダ選手の入場テーマ曲を配信！ ｜ 新日本プロレスリング. アニメ アイドリッシュセブンのアプリについて。 ストーリーを読んだら追加される楽曲などはあるんですか? アイナナ ゲーム もっと見る
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評価: 4 一年前からこのアプリで遊んでいるのですが、無料でこのクオリティは素晴らしいと思います!スタンプを集めて楽曲をダウンロードできるのがとても良いです!ゲーセンで遊ぶ前の練習として気軽にできるので重宝してます。 無料でも結構遊べてしまうこのアプリ。やりすぎると腕の疲労が半端ないので注意です。
リズム、音楽ゲーム 今プロセカのイベントの順位が250位くらいなんですけど無課金でこれは結構すごいほうですよね??!! 今日8時間プロセカやりました! もう眠くてすごい眠くて寝たいんですけど寝たらドンくらい順位下がりますか????? ?ら。。 リズム、音楽ゲーム 音ゲーやってる方に質問です。 私は昨日始めたばかりの音ゲー初心者なのですが、 簡単なやつからやって慣らしていく方がいいのか、いきなり難しめのをやってスピード重視で慣らしていく方が良いのか、 どっちの方が良いと思いますか? リズム、音楽ゲーム これって今後戻ってくる可能性があるって事ですか?? プロセカ ゲーム プロセカのイベント順位が今850位くらいなんですけど、こっから500位以内に入るのはかなり厳しいですよね?? 平日は学校があるし土曜日も用事が入ってて一日中できる訳でもないです(;;) あと今回のボーダーって高いですか?? リズム、音楽ゲーム プロセカ この一番下のやつにチェック付けなかった、無償から引かれますよね?? リズム、音楽ゲーム スクフェスの質問です。 ライブアリーナ(?)の交換所で使うポイントが全然貯まらないです。早く貯められるコツなどありますか? リズム、音楽ゲーム 太鼓の達人なのですが、ACのオプション(?)の、マークみたいなやつで、周りが黒くてどんちゃんが真ん中にいて、その横に左右の矢印があるやつってどうすればできるんですか? リズム、音楽ゲーム 今日プロセカの追加データがありましたが公式からとくにお知らせ来てませんよね? スマホアプリ プロセカのチャレンジライブについてです。 僕はいつもスコアが1番出る独りんぼエンヴィーのmasterでやっているのですが、難易度は何が一番いいのでしょうか? CやたまにBが出るくらいでSには程遠いです…。 チャレンジライブのコツがあれば教えて頂きたいです(TT) リズム、音楽ゲーム 見にくくてすみません…これでグランド放置編成は作れるでしょうか? (ダメガは全秒数あると思います) 間違えてパフェサポをスタトレしてしまったので手持ちが少ないですが…(T. T)オタラブ奈緒は今回のイベスカチケで取ろうと思ってます。 それが出来た際の編成をよろしければ教えて頂きたいです!もしあればコツなども教えて頂きたいです、よろしくお願い致します! デレステ アイマス デレマス スターライトステージ リズム、音楽ゲーム 最近リリースされたアプリゲー厶「アイドリープライド」についてなんですけど、ライブなどを始めようとすると画面が真っ黒になってしまい、音だけが出るようになってしまいました 初めの説明?の時のライブでは通常でしたが次からおかしくなってしまいました。 他にもメンバーの衣装を変える際にも真っ暗な画面になってしまいます(画像のもの) これってないが原因なんですか?容量はまだ空いてます!