回路方式による分類

1. DC-DC コンバータの分類
1)回路方式
スイッチング電源の構成は、商用交流入力を整流平滑した商用周波数の倍の成分の脈動を持
つ DC 電圧を、DC-DC コンバータにより安定した所望の電圧に変換している。Table.1 に、一
般的な DC-DC コンバータの回路方式を示す。
Table.1 回路方式
絶縁方式※1 発振方式 回路方式 スイッチング素子数※2 備考
降圧チョッパ BUCK、STEP-DOWN
昇圧チョッパ BOOST、STEP-UP
昇降圧チョッパ BUCK-BOOST
フライバック ON-OFF型
フォワード ON-ON型
プッシュプル
ハーフブリッジ
フルブリッジ
リンギングチョーク 一石式 RCC
ロイヤー
ジェンセン
絶縁
非絶縁
一石式
多石式
多石式
他励
自励
※1 非絶縁型：入力と出力が絶縁されていない方式。入力と出力の一端が共通接続されている。
絶縁型：入力と出力がトランスを介して絶縁された方式
※2 一石型：スイッチング素子が一素子
多石型：複数のスイッチング素子 ex.フルブリッジ：4 素子
Tabele1 に示すタイプのようにインダクタのエネルギーの蓄積、放出を制御する方式とは異
なり、その他の方式としてコンデンサのエネルギーの蓄積と放出を制御する SEPIC、CUK、
ZETA コンバータがある。これらは基本的に上記分類で他励、一石、非絶縁方式に分類され、
絶縁はトランスを介して実現可能である。特殊な方式として電流型（Current-Fed）コンバー
タと呼ばれる方式がある。
2)制御方式
PWM（Pulse Width Modulation）：スイッチング素子の時比率を制御する方式
電圧モード：Fig.1(a)に示すように出力電圧検出部、誤差増幅部、PWM コンパレータで構成
される一般的な制御方法
電流モード：Fig. 1(b)に示す構成で、制御ループ内にインダクタ又はスイッチング素子の電
流信号（図中 CURRENT SENSE）を用いた制御方法
PFM（Pulse Frequency Modulation）：スイッチング周波数を制御する方式で、RCC、共振型
電源に用いられる制御方法
位相制御（Phase Shift）：フルブリッジコンバータで用いられる方式で、固定時比率で 2 対の
スイッチング素子のペアの位相を制御する方法

2. VREF
ERROR
AMPLIFIER
OUTPUT
VOLTAGE
SENSE
PWM
COMPARATOR
CAREER
DRIVER R
VREF
Q
S
ERROR
AMPLIFIER
OUTPUT
VOLTAGE
SENSE
PWM
COMPARATOR
CLOCK
CURRENT
SENSE
DRIVER
(a)電圧モード (b)電流モード
Fig.1 PWM 制御方式
3)応用技術
・PFC（Power Factor Correction）：
力率改善機能を持たせた電源。一般的には昇圧チョッパを基本回路に平均電流連続モード
動作させ、入力電流波形を商用周期の入力電圧波形と相似形にさせる技術
・低損失化：半導体素子のスイッチング時に生じるスイッチング損失を低減する技術。共振技
術等多くの技術、方式が存在する。
共振技術：
インダクタ、コンデンサの共振現象を利用した技術で、スイッチング素子の電圧及び電
流を共振波形にし、半導体に加わる電圧を零状態でオン、オフする零電圧スイッチング
ZVS（Zero Voltage Switching）、半導体に流れる電流を零状態でオン、オフする零電
流スイッチング ZCS（Zero Current Switching）を可能とする技術。一般的には PFM
制御を用いる。共振形にも多くの方式があり、最も基本的なものとしてスイッチング素
子を共振スイッチに置き換えたものや、E 級アンプを DC-DC コンバータに応用したも
の等が挙げられる。共振波形であるため電流、電圧のピーク値の増大による素子へのス
トレスという問題を持つ。
部分共振：
部分共振用の補助スイッチを設けて、スイッチング時の短い時間でのみ共振現象を利用
して ZVS を実現し、通常の共振形電源で見られる電流、電圧ストレスの問題点を解決
している。制御方法も一般的なＰＷＭ制御を用いている。
ZVT（Zero Voltage Transition）とも呼ばれ、各メーカ独自のパテントを有している。
アクティブクランプ：
アクティブ素子であるスイッチング素子をメインのスイッチング素子とは別に備え、サ
ージの抑制すなわち半導体素子に加わる電圧を抑えるという本来の機能の他に、この両
スイッチに適切なデッドタイムを設けることで ZVS を実現している。
・同期整流：出力ダイオードを同期整流用の低オン抵抗 MOSFET に置き換えた低損失化技術
の一つ
・VRM（Voltage Regulated Module）：
近年の CPU、MPU の高速、低圧化に対応した電源。一般的にマルチフェーズと言われ
る技術を用いている。マルチフェーズは、降圧チョッパを基本回路として、複数の降圧
チョッパのスイッチング位相をずらして見掛け上スイッチング周波数を高速化し、出力
平滑部のインダクタの小型化、更に高速応答に対応可能な技術である。VRM は上記の
同期整流技術や高速応答に適した制御方式等の複数の技術を用いている。
・その他

3. 近年よく見受けられる技術として、部品占有面積を多く占める磁気部品である絶縁トラ
ンス、出力インダクタ、回路方式によっては入力インダクタを磁気結合させ、占有面積
を減少させた回路方式がある。最も有名なものとしての TESLA コンバータが挙げられ
る。
堀米向け
回路デザイン一覧
1.buck.opj：解説書 降圧チョッパ.doc
MOSFET(U1)：VDSS30V/ID20A
ダイオード(D1)：15V/20A 定格
ダイオード(D2)：15V/20A 定格
2.boost.opj：解説書 昇圧チョッパ.doc
MOSFET(U1)：VDSS30V/ID10A
ダイオード(D1)：30V/10A 定格
ダイオード(D2)：30V/10A 定格
3.buck_boost.opj：解説書 昇降圧チョッ
パ.doc
MOSFET(U1)：VDSS30V/ID10A
ダイオード(D1)：30V/10A 定格
ダイオード(D2)：30V/10A 定格
4.forward.opj：解説書 フォワード.doc
MOSFET(U1)：VDSS200V/ID10A
ダイオード(D1,D2)：50V/20A 定格
ダイオード(D3,D4)：200V/10A 定格
5.flyback.opj：解説書 フライバック.doc
MOSFET(U1)：VDSS150V/ID10A
ダイオード(D1)：100V/20A 定格
ダイオード(D2,D3)：150V/10A 定格
6.full_bridge.opj：解説書 フルブリッジ.doc
MOSFET(U1～4)：VDSS500V/ID10A
ダイオード(D1～4)：100V/20A 定格
SNUBBER ダイオード(D1,D2)：600V/10A
定格
7.half_bridge.opj：解説書 ハーフブリッ
ジ.doc
MOSFET(U1,2)：VDSS500V/ID10A
ダイオード(D1～4)：100V/20A 定格
SNUBBER ダイオード(D1,D2)：600V/10A
定格
8.push_pull.opj：解説書 プッシュプル.doc
MOSFET(U1,2)：VDSS150V/ID10A
ダイオード(D1～4)：15V/20A 定格
ダイオード(D5,D6)：150V/10A 定格
9.CUK.opj：解説書 CUK.doc
MOSFET(U1)：VDSS20V/ID20A
ダイオード(D1)：15V/20A 定格
ダイオード(D2)：15V/10A 定格
10.SEPIC.opj：解説書 SEPIC.doc
MOSFET(U1)：VDSS20V/ID20A
ダイオード(D1)：15V/20A 定格
ダイオード(D2)：15V/10A 定格
11.ZETA.opj：解説書 ZETA.doc
MOSFET(U1)：VDSS20V/ID20A
ダイオード(D1)：15V/20A 定格
ダイオード(D2)：15V/10A 定格
12.ISO_CUK.opj：解説書 絶縁 CUK.doc
MOSFET(U1)：VDSS100V/ID10A
ダイオード(D1)：60V/20A 定格
13.VOLTAGE_RESONANT.opj：解説書 電
圧共振.doc
POWER STAGE1&3
MOSFET(U1)：VDSS200V/ID15A
ダイオード(D1)：60V/30A
POWER STAGE2&4
MOSFET(U1)：VDSS200V/ID15A
ダイオード(D1)：60V/30A
ダイオード(D2)：200V/20A

4. 14.CURRENT_RESONANT.opj：解説書 電
流共振.doc
POWER STAGE1&3
MOSFET(U1)：VDSS30V/ID30A
ダイオード(D1)：30V/15A
POWER STAGE2&4
MOSFET(U1)：VDSS30V/ID30A
ダイオード(D1)：30V/15A
ダイオード(D2)：20V/30A
15.RESONANT.opj：解説書 共振.doc
POWER STAGE1
MOSFET(U1&2)：VDSS500V/ID60A
ダイオード(D1～4)：60V/100A
POWER STAGE2
MOSFET(U1&2)：VDSS500V/ID60A
ダイオード(D1～4)：100V/15A
16.CLASS_E_RESONANT.opj：解説書 E
級共振.doc
POWER STAGE1
MOSFET(U1)：VDSS100V/ID50A
POWER STAGE2&3
MOSFET(U1)：VDSS100V/ID50A
ダイオード(D1&2)：15V/50A
17.MULTI_RESONANT.opj：解説書 複共
振.doc
POWER STAGE1&2
MOSFET(U1)：VDSS60V/ID30A
ダイオード(D1)：30V/30A
18.ACTIVE_CLAMP.opj：解説書 アクティ
ブクランプ.doc
MOSFET(U1&2)：VDSS100V/ID10A
ダイオード(D1,D2)：20V/15A
19.PHASE_SHIFT.opj：解説書 位相シフ
ト.doc
MOSFET(U1～4)：VDSS500V/ID10A
ダイオード(D1～4)：150V/20A 定格
ダイオード(D5,D6)：600V/10A 定格
20.SYNC_RECT.opj：解説書 同期整流.doc
POWER STAGE1&2
MOSFET(U1&2)：VDSS20V/ID20A
POWER STAGE3
MOSFET(U1&2)：VDSS100V/ID10A
MOSFET(U3&4)：VDSS20V/ID15A
21.current_mode.opj： 解説 書 電流 モー
ド.doc
POWER STAGE1
MOSFET(U1)：VDSS30V/ID20A
ダイオード(D1)：30V/20A
ダイオード(D2)：30V/10A
POWER STAGE2
MOSFET(U1)：VDSS150V/ID10A
ダイオード(D1,D2)：30V/20A
ダイオード(D3,D4)：150V/10A
22.PFC.opj：解説書 力率改善.doc
POWER STAGE1
MOSFET(U1)：VDSS500V/ID10A
ダイオード(D1～4)：600V/10A（商用）
ダイオード(D5)：600V/10A
ダイオード(D6)：600V/10A
POWER STAGE2
MOSFET(U1)：VDSS500V/ID10A
ダイオード(D1～4)：600V/10A（商用）
ダイオード(D5)：600V/10A
23.MULTI_PHASE.opj：解説書 マルチフ
ェーズ.doc
POWER STAGE1&2
MOSFET(U1～4)：VDSS30V/ID60A
POWER STAGE3
MOSFET(U1～6)：VDSS30V/ID30A
24.CURRENT_FED.opj ： 解 説 書 電 流
型.doc
POWER STAGE1&3
MOSFET(U1&2)：VDSS400V/ID10A
ダイオード(D1～4)：15V/50A
POWER STAGE2&4

5. MOSFET(U1&2)：VDSS200V/ID10A
ダイオード(D1～4)：15V/20A
25.INVERTER.opj：解説書 三相フルブリ
ッジインバータ.doc
POWER STAGE1&2
MOSFET(U1&2)：VDSS500V/ID50A
SNUBBER ダ イ オ ー ド (D1,D2) ：
600V/10A