スイッチングレギュレータとは？

スイッチングレギュレータとは

1. 基本的な役割

2. スイッチングレギュレータの種類

スイッチングレギュレータは、レギュレータ（安定化電源）の一つであり、以下のように分類することができます。

この記事では、「非絶縁型スイッチングレギュレータ」の特徴・動作について詳しく説明します。

非絶縁型スイッチングレギュレータには、さらに以下のような方式・動作モードがあります。

用語をクリックすると、詳しい解説にジャンプします。

3. スイッチングレギュレータの特徴

ここからは、スイッチングレギュレータ（非絶縁型）の特徴を紹介します。

高効率

スイッチングレギュレータは、スイッチ素子をON/OFFさせることで必要な電力を必要な分だけ伝達するため、電力を高効率に変換することができます。

同じレギュレータ（安定化電源）であるリニアレギュレータの場合、電圧を変換する過程でV_INとV_OUTの電圧変化の余剰分を熱として発散させるため、スイッチングレギュレータと比較すると効率はどうしても低くなってしまいます。

スイッチングレギュレータが高効率に電圧を変換できる理由を、リニアレギュレータと比較しながら詳しく見ていきましょう。

例えば、入力電圧V_INが5.0V、出力電圧V_OUTが2.5V、負荷電流I_OUTが0.1Aの場合、

リニアレギュレータでは
入力電力＝入力電圧 × 負荷電流
　　　　＝5.0V × 0.1A
　　　　＝0.5W
出力電力＝出力電圧 × 負荷電流
　　　　＝2.5V × 0.1A
　　　　＝0.25W
効率 ＝ 出力電力 ÷ 入力電力 で表されるため、リニアレギュレータの効率は50%となります。

一方で、スイッチングレギュレータの場合は、スイッチ素子をON/OFFさせV_OUTが2.5Vになるように入力電圧を供給する期間を制御します。 このとき、入力電圧を供給する期間は　

　V_OUT　 　V_IN　 = 　2.5V　 　5.0V　 = 　1　 　2　

から、1周期の半分の期間になります。 同じように入力電力、出力電力から効率を求めると、以下のようになります。

入力電力＝入力電圧 × 負荷電流 × 1 2
　　　　＝5.0V × 0.1A × 1 2
　　　　＝0.25W

出力電力＝出力電圧 × 負荷電流
　　　　＝2.5V × 0.1A
　　　　＝0.25W

上記より、効率 ＝ 出力電力 ÷ 入力電力 を求めると100%となります。これが、スイッチングレギュレータが高効率を実現できる理由です。
※実際には様々な損失が生じるため、効率は90%程度となります。

ノイズ

スイッチングレギュレータは、スイッチ素子のON/OFF動作により、急峻な電圧、電流の変化と寄生成分によりリンギングが生じ、出力電圧にはノイズが含まれてしまいます。

ノイズを低減するには、外付けコンデンサ・コイルの配置や配線を最適化するなど、適切な基板レイアウトを行うことが有効です。ノイズ（リンギング）発生のメカニズムとノイズ対策の詳細については、アプリケーションノート「降圧型スイッチングレギュレータのノイズ対策」をご参照ください。

スイッチングレギュレータとリニアレギュレータの特徴の比較

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