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[技術者のひとこと] DC/DCコンバータとレギュレータ

2015-12-29(火) その他

今回は、DC/DCコンバータとレギュレータの違いを紹介します。

簡単に表にすると…

WS000000

こんな感じ。個人的主観ではありますが…。

ちなみに、レギュレータとLDOはちょっと違います。

LDOはLow Drop Out regulatorの略で、入出力電位差が小さいレギュレータを

指します。主に0.5V前後の電位差で動作が可能なものですね。

さて、DC/DCコンバータとレギュレータの差は何でしょうか?

上の表を見て貰えばだいたいは解ると思いますが、大電力にはDC/DCコンバータ、

小電力にはレギュレータを使うのがお勧めです。

DC/DCコンバータのメリットは大電力が取り出せるのと、変換効率が良いので、

発熱が少ない点です。

動作原理は

sw

こんな感じ。

6Vから3.3Vを作る際は、ON(出力)、OFF(停止)を繰り返し、外付け

のLPFで、平滑(主にはLとCのLPF)して希望の電圧を取り出します。

DC/DCコンバータは、出力電圧を常に監視しており、変化に応じてON/OFFする

比率を変えて、出力電圧を維持します。

つまり、必要な時間以外はOFFしているため、電力的に効率が高いのがメリットです。

ただし、部品点数が少々多いのと、ON/OFFの周波数が低め(数百KHz~数MHz)

な為、これに近い周波数で動作しているものに影響を出す事もあります。

(たとえば、映像系のものとか)

変ってレギュレータ(LDO)ですが、まずは周辺回路が圧倒的シンプルということです。

最低3つでOK。

ldo

たとえば、新日本無線のNJM2888シリーズ。

更に、DC/DCコンバータと比較して、出力の誤差が非常に小さい点もあります。

一般的なものでも、±2%程度の誤差しか出ません。

また、DC/DCコンバータと比べ、電圧をコントロールする速さが圧倒的に早い

ので、ノイズに強いという点もあります。

ただし、大きなデメリットもあります。

DC/DCコンバータと違って、入力の電圧を内蔵しているトランジスタのON抵抗

を変えることにより希望の電圧を出力しているため、入力と出力の電位差が大きい

とその差分が全て熱に変わってしまいます。(つまり熱い)

計算式としては、(Vin-Vout)☓Iout で算出される電力が全て熱に変わります。

Vin=6V、Vout=3.3V、Iout=100mAの場合、

(6V-3.3V)☓100mA=270mW が熱(捨て電力)になります。

消費する電力が3.3V☓100mA=330mWですから、ほぼ同じ電力が熱に変ってる

ということになります。

(電源の大元から見た場合、6V☓100mA=600mWの負荷になります。)

レギュレータを始め、ICには許容熱損失(PD値)と言うものがありますので、これを

超えない電力に収める必要があります。

結論としては、

大電力(500mAを超えるような系統)には、DC/DCコンバータ。

小電力(100mA以下)には、レギュレータ。

というような使い方をお勧めします。

それではみなさま、良いお年を。

[技術者のひとこと] 60Hzと50Hz。そして、フリッカー。

2015-12-07(月) 技術者のひとこと

 カメラを使っていて、動画で、画面がチラチラするのを見たこと

無いでしょうか?

今回はその原因を紹介します。

カメラは、フレームレートと呼ばれる1秒当たりの静止画をパラパラ漫画

のように連続して表示して動画のように見せています。

一般的なテレビでは、1秒当たり60枚の静止画を表示して動画に

しています。

つまりカメラもこのレートで撮影するのが好ましいのです。

しかし、ここで問題があります。それは電源の周波数です。

東日本は50Hz、西日本は60Hzと聞いた事があると思います。

なぜだか、ご存知ですか?

実は…。

最初に買った発電機がアメリカ製だったか、ドイツ製だったかの差!

という何とももどかしい理由なのです。

欧州は50Hz、アメリカは60Hzなので、日本で混在するのは

この理由なのです。

では、なぜ電源がカメラのチラつきに影響するのでしょうか?

WS000000

蛍光灯はずっと光っているように見えますが、実は電源と

同じように明るくなったり暗くなったりを繰り返しています。

(解りやすいように、マス目にしてあります。)

西日本の場合、カメラの周期も60Hzなので、蛍光灯の点灯周期と

ばっちりと合う為、チラつきは起きません。

WS000002

変って東日本ですが、電源は50Hzなので、カメラのサンプルレートと

比較して点灯周期が少し時間が長くなります。

つまり最初のフレームを100%とすると、点灯周期と合わなくなるため、

1画面の明るさが微妙に変って行きます。

(暇な方が居たら、マス目を数えて見て下さい。)

これがちらつきの原因、フリッカーと呼ばれるものです。

しかしながら、東日本で電力が不足した時に、西日本から電力が

送れない理由が、これだというので、何とかすべきなのでしょうが、

もう無理なんでしょうねー。

補足

上記図では、蛍光灯の点灯周期を60Hz、50Hzとしていますが、

実際は倍の120Hzと100Hzになります。

(詳しくはAC電源でググッて見て下さい)

また、西日本ではフリッカーが起きない訳ではありません。

フレームレートやシャッタースピードによっては出る場合もあります。