SEPIC回路の動作原理とインダクタ選定 | コイルを使う人のためのお助け雑学



目次

• 電源回路
• スイッチング電源
• SEPIC
• SEPIC回路のインダクタの選定
• 効率比較
• まとめ

電源回路

電子機器で消費されるエネルギーは、電源回路から供給されます。

電源回路は、商用交流電源や電池などから入力した電気エネルギーをそれぞれの電子機器が要求する電気エネルギーに変換して供給します。

電源回路の分類

スイッチング電源

スイッチング電源とは、スイッチング素子を用いて電力変換・調整を行っている電源装置の一つです。

利点

• 小型
• 軽量
• 高効率

欠点

• 部品点数が多い
• ノイズが大きい

スイッチング電源の分類

コンバータの中でよく使われる。スイッチング電源の分類は下記のようになります。

非絶縁型の回路形態と特徴

ZETA回路は反転SEPIC回路とも言われてます。SEPIC回路と同じ昇降圧型で、回路構成が類似してます。使用用途は同じです。

SEPIC

Single Ended Primary Inductor Converter の略
SEPICとはインダクタを2個使う昇降圧コンバータの一種

参考）昇降圧コンバータの使用例

回路構成自体は40年以上前からあった。ただし設計難易度が高く採用されてなかった。
(昔はトランスを使っていた)

⇒最近ではIC技術の進歩で専用ICが出てきたことで、使われるようになってきてます。

SEPICの特徴

メリット

1. 一つの回路で昇圧と降圧の動作ができる
2. 出力電圧と入力電圧の極性が同じ

デメリット

1. 大電流用途には向かない
2. インダクタを2個使う

回路の動作原理・イメージ

例）Vin=12［V］でD＝0.4のとき、Vout＝8 ［V］　D＝0.6のとき、Vout＝18 ［V］

デューティ比Dは、1周期におけるONの割合のこと。

$D=\frac{\mathrm{Ton}}{T^{}}=\frac{\mathrm{Ton}}{{\mathrm{Ton\; +\; Toff}}^{}}$

D＝0.5を境にして、昇圧か降圧かが決まります

回路の使用用途

入力電圧が変動しやすい、電源電圧と出力電圧が近い場合に使用されます。

①車載用機器での使用

自動車の用途でLEDを光源とした場合、自動車特有の電圧変動が大きく、昇圧型、降圧型では、LEDのちらつきなどが発生して設計が難しい。

昇降圧型の方が設計が容易の為、LEDを使った下記のものに使われております。

②モバイル機器での使用

単一のリチウムイオン電池は通常、4.2Vから3Vに放電されます。例えばユニットが3.3Vを必要とする場合にSEPICは効果的です。

SEPIC回路のインダクタの選定

L値

L値が大きいとリプル成分(※1)が抑制されます。また効率も良くなります。ただし負荷応答特性(※2)が大きくなります。

※1: リプル成分とは平滑回路で一定に出来ない微小な変動成分。理想的にはゼロであることが望ましい。
※2: 負荷応答特性とは急激な電流変動に対する出力の電圧変動特性。

DCR,定格電流

DCRが小さければ発熱による損失が小さくなるため、効率も良くなります。
定格電流は、流す電流以上のものを選定します。

使用するインダクタの選定

SEPIC回路にはインダクタが2個必要ですが、回路動作上問題ない為、同じコアに電線を2本巻いた結合インダクタ（SQR/SGQRなど）を使用できます。

それにより実装面積を大幅に減少させることができます。

サガミのSEPIC回路用インダクタ（SQR/SGQR）の特徴

• 2in1構造のため実装タクト、接地面積を低減
• 型・高効率のSEPICやZETAコンバータなどに対応
• 閉磁路構造
• 4端子構造により耐振動性、耐衝撃性が向上

サガミのSEPIC用インダクタは、下記8～12mm角サイズが有ります。
• 通常品
SQR8065C/1065C/1277C
• 低背品
SQR8042C/1042C/1257C/1242C



• 配線変更品
SQR8065CA/8042CA/1065CA/1277CA



• 廉価品
SGQR8065CA/1065CA/1277CA

効率比較

SEPICの評価基板を用いて下記インダクタのサイズや種類を変更し、効率を測定しました。

フェライトの方が効率が良い結果となった。
※効率の値はICによって変わります。

※メタルはフェライトに比べ、小電流でもL値が下がりやすいためと考えられる。

結合インダクタ(2in1)と2個使いの効率は同等程度となった

まとめ

• SEPICは電源回路の一種で、昇圧も降圧もでき、インダクタを2個使う。
• SEPICは電圧変動しやすい車載電源や携帯機器のバッテリー等や電源電圧と出力電圧が近い場合に使われる。
• SEPICで使用されるインダクタ2個は、
  結合インダクタにすることで実装面積などメリットがある。
• SEPICではメタルよりフェライト、サイズは大きい方が効率は良い。
  2in1とシングル2個使いで差は無い。※弊社比較

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