ステップダウンチョッパとフォワード型SW電源

本稿の副題は主題に対して「ステップアップチョッパとフライバック型SW電源」となります。つまり動作メカニズムにおいて、ステップダウンチョッパとフォワード型、およびステップアップチョッパとフライバック型は同じものということです。

図に基づいて説明します。ステップダウンチョッパとフォワード型は点線内において等価と言えます。異なるのは、トランスによって1次側と2次側を絶縁しているかどうかということです。ステップアップチョッパとフライバック型も同様です。

ステップダウンチョッパとフォワード型は、スイッチングトランジスタがONのときにチョークコイル（L）を経て電流を流し出力コンデンサ（OC）をチャージし、チョークコイルに磁気エネルギーを蓄えます。トランジスタがOFFすると、チョークコイルに蓄えられている磁気エネルギーによって、フライホイールダイオード（FD）を通って電流が流れ続け、継続してOCをチャージします。

この両者共に動作の理屈上（フォワード型は1次と2次の巻線比が1：1以下の場合）、入力電源（DCV）よりも高い電圧を出力することはできない電源です。

ステップアップチョッパとフライバック型は、スイッチングトランジスタがONのときに、それぞれチョークコイルとトランスに電流を流して磁気エネルギーを蓄え、この時は出力コンデンサ（OC）をチャージしません。（トランジスタONのときに出力ラインに電流が流れないのは、図から明らかですね）
トランジスタがOFFすると、チョークコイルあるいはトランスに蓄えた磁気エネルギーによって出力ラインに電流が流れ、出力コンデンサ（OC）をチャージします。

この両者共に動作の理屈上、入力電源（DCV）よりも高い電圧を出力できる電源です。

出力電圧を安定化させるためのフィードバック電圧は、ステップダウンチョッパ、ステップアップチョッパの場合はPWMコントロールデバイス（TL494、M62213等）に直結することができますが、フォワード型、フライバック型の場合は、1次側と2次側の絶縁を保つために、フォトカプラ等で絶縁してフィードバックしなければなりません。

【ポイント】
さて、ここで1点注意が必要です。フライバック型の説明では、さりげなく「トランスに磁気エネルギーを蓄え」とお話しましたが、フライバック型に使用されるトランスは、フォワード型で使用しているトランスの2次側の極性を、ただ逆にしただけのものではありません。

そもそもトランスは変換器ですから、エネルギーを蓄えることなく、1次側と同量のエネルギーを2次側に伝達するのが役目です。もしトランス自身がエネルギーを蓄えると、その分が2次側への伝達ロスになります。よってフォワード型で磁気エネルギーを蓄えるのは、あくまでもチョークコイル（L）です。

というわけでフライバック型の場合、フライバックトランス（結合インダクタ）と呼ばれる専用のものが使われます。これはコアの磁気回路に隙間を開けて（コアの1部を切断してギャップを作る）透磁率を下げ、BH積が大きくなるようにして、磁気エネルギーを積極的に蓄える構造になっています。

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