DC/DCコンバーターの「脳」フィードバック制御｜用語集

DC/DCコンバーターの「脳」にあたるのがフィードバック制御です。出力電圧が目標からズレないよう、常に監視してスイッチのON時間を微調整する仕組みです。

ここでも、設計の核となる「2つの制御方式」と、安定性の指標である「位相余裕」が重要になります。

1. 制御の2大方式：電圧モード vs 電流モード

出力電圧をどうやって一定に保つか、そのアプローチには大きく分けて2種類あります。

① 電圧モード制御（Voltage Mode）

出力電圧のみを監視し、基準電圧と比較してパルス幅（PWM）を変えるシンプルな方式です。

長所: 回路構成が単純でノイズに強い。
短所: 応答が少し遅く、位相補償（安定化）の設計がやや難しい。

② 電流モード制御（Current Mode）

電圧だけでなく、インダクタを流れる電流もリアルタイムで監視する方式です。現在の主流はこちらです。

長所: 負荷が急変しても即座に反応できる。保護回路が組みやすい。
短所: 電流検知のための回路が必要で、ノイズの影響を受けやすい。

2. 安定性の鍵：ボーデ線図と位相余裕

制御が「脳」なら、「位相余裕（Phase Margin）」は脳の「冷静さ」です。もし制御が過敏すぎると、電圧がハンチング（発振）して回路が壊れてしまいます。

設計時にチェックすべきは、ゲインが0dBになる点での位相です。

理想的な位相余裕: 45° 〜 60°
これが足りないと: 出力電圧が激しく上下に揺れ、最悪の場合、部品が焼損します。

3. 「脳」の命令を伝える：MOSFETの選定

コントローラICが決めたタイミングで、実際に大きな電流を切り替えるのがMOSFET（スイッチ）です。ここで見るべきは以下の2点です。

RDS(on)（オン抵抗）: スイッチがONの時の抵抗。小さいほど熱が出にくい。
Qg（ゲート電荷量）: スイッチを切り替えるのに必要なエネルギー。小さいほど高速にパチパチ動かせます。

設計のまとめ

これでDC/DCコンバーターの主要な3要素。

心臓（L）: エネルギーを蓄え、電流の波を抑える。
筋肉（C）: 電圧の変動を吸収し、安定させる。
脳（IC/Feedback）: 電圧を監視し、スイッチを正確に叩く。

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DC/DCコンバーターの「脳」フィードバック制御