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はじめに
電気・電子機器には，交流電圧を直流電圧に変換し，一定に制御された電圧を負
荷回路に供給する電源回路が付いています。以前，ここにはシリーズレギュレータ
が使われていましたが，現在は小型・軽量で効率が高いスイッチング電源（スイッ
チングレギュレータ）が使われています。さまざまな方式のスイッチング電源が，
さまざまな機器に使われています。スイッチング電源はパワーエレクトロニクスの
基礎となる回路であり，その原理を学ぶことは，電気・電子工学を専攻する学生に
とって重要かつ有意義です。本書は，原理だけではなく設計法についても解説して
おり，企業の技術者にも役立ちます。
第 I 部「スイッチング電源の原理」では，電源回路の役目と構成から始まり，
チョッパ方式非絶縁形コンバータ，非共振（矩形波）絶縁形コンバータ，共振形コ
ンバータについて解説します。第 II 部「スイッチング電源の設計法」では，代表的
な回路方式の設計法を解説し，また，ノイズの抑制対策についても説明します。
本書を通じて，物の見方や考え方も身につけてください。何事も基本となること
を自分なりに理解することが重要です。基本がきちんと理解できれば，それを応用
し，新しい機能・価値を創造できるようになります。
「少年老い易く学成り難し」ということわざがあります。毎日の業務をつつがな
くこなしていても，理屈はなかなか身につかないものです。まわりに散在する事実
を体系的に整理し，その中から普遍なるもの（真実）をつかみ取る努力が必要です。
本書がその意味においても一助となることを期待しています。
本書を企業の若き技術者と大学院・大学・高専の学生に贈ります。
群馬大学大学院教授小林春夫先生ならびに株式会社三共社特別顧問渋谷道雄氏
には，お忙しいなか貴重なコメントをいただき感謝いたします。
2015 年 3 月
落合政司 iii
目次
はじめに
iii
第I部
第1章
1.1
スイッチング電源の原理
電源回路の役目と構成
2
電源回路の役目 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
電源回路の構成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
［1］待機電源 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
［2］ AC ヒューズ：F1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
［3］バリスタ：DZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
［4］ラインフィルタ：T1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
［5］主電源スイッチ：S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.2
［6］アクロス・ザ・ラインコンデンサ：C1 . . . . . . . . . . . . . 10
［7］ブリッジ整流ダイオード：D1 ∼D4 , D5 ∼D8 . . . . . . . . . . 10
［8］交流チョークコイル：L1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
［9］インラッシュ電流防止抵抗：R1 , R2
. . . . . . . . . . . . . . 13
［10］電磁リレー：S2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
［11］平滑コンデンサ：C2 , C3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
第 1 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3
第2章
定電圧回路
15
2.1
定電圧回路とは . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2
シリーズレギュレータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3
スイッチングレギュレータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
［1］スイッチングレギュレータの動作原理と制御方式 . . . . . . . . 21
［2］定電圧動作の原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
［3］実際の回路での出力電圧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
［4］スイッチングレギュレータの動特性 . . . . . . . . . . . . . . . 29
iv
目次
［5］出力トランジスタの損失 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.4
シリーズレギュレータとスイッチングレギュレータの比較 . . . . . . 39
2.5
第 2 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
第3章
スイッチングコンバータの代表的な回路方式
42
スイッチングコンバータの代表的な回路方式 . . . . . . . . . . . . . 42
3.1
［1］代表的な回路方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
［2］非共振形（矩形波）コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
［3］共振形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2
スイッチングコンバータの特徴と主な用途 . . . . . . . . . . . . . . 54
3.3
第 3 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
第4章
チョッパ方式非絶縁形コンバータ
56
降圧形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.1
［1］降圧形コンバータの動作原理と静特性 . . . . . . . . . . . . . . 56
［2］パルス幅制御方式コンバータの動作モード . . . . . . . . . . . 61
［3］電流不連続モードにおける出力電圧など
. . . . . . . . . . . . 61
［4］動特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
［5］降圧形コンバータの特徴と用途 . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
昇圧形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.2
［1］昇圧形コンバータの動作原理と静特性 . . . . . . . . . . . . . . 65
［2］電流不連続モードにおける出力電圧など
. . . . . . . . . . . . 71
［3］動特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
［4］昇圧形コンバータの特徴と用途 . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
昇降圧形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.3
［1］昇降圧形コンバータの動作原理と静特性
. . . . . . . . . . . . 77
［2］電流不連続モードにおける出力電圧など
. . . . . . . . . . . . 81
［3］動特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
［4］昇降圧形コンバータの特徴と用途 . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.4
3 種類のチョッパ方式非絶縁形コンバータのまとめ
4.5
第 4 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
第5章
5.1
非共振（矩形波）絶縁形コンバータ
. . . . . . . . . 86
90
リンギングチョーク形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
［1］リンギングチョーク形コンバータの動作原理 . . . . . . . . . . 90
v
目次
［2］スイッチングトランスの等価回路 . . . . . . . . . . . . . . . . 94
［3］理想的な状態での静特性と動作周波数 . . . . . . . . . . . . . . 95
［4］実際の回路での静特性および動特性 . . . . . . . . . . . . . . . 99
［5］リンギングチョーク形コンバータの特徴と用途 . . . . . . . . . 101
フライバック形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2
［1］フライバック形コンバータの動作原理と静特性および動特性 . . 103
［2］電流不連続モードでの出力電圧など . . . . . . . . . . . . . . . 106
［3］フライバック形コンバータの特徴と用途
. . . . . . . . . . . . 108
フォワード形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.3
［1］フォワード形コンバータの動作原理と静特性 . . . . . . . . . . 109
［2］電流不連続モードでの出力電圧など . . . . . . . . . . . . . . . 113
［3］動特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
［4］フォワード形コンバータの特徴と用途 . . . . . . . . . . . . . . 115
プッシュプル形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.4
［1］プッシュプル形コンバータの動作原理と静特性 . . . . . . . . . 116
［2］電流不連続モードでの出力電圧など . . . . . . . . . . . . . . . 120
［3］動特性と用途 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
ハーフブリッジ形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.5
［1］ハーフブリッジ形コンバータの動作原理と静特性 . . . . . . . . 123
［2］電流不連続モードでの出力電圧など . . . . . . . . . . . . . . . 127
［3］動特性と用途 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
フルブリッジ形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.6
［1］フルブリッジ形コンバータの動作原理と静特性など
. . . . . . 129
［2］フルブリッジ形コンバータの用途 . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.7
6 種類の非共振絶縁形コンバータのまとめ . . . . . . . . . . . . . . 133
5.8
第 5 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
第6章
6.1
共振絶縁形コンバータ
139
電圧共振フライバック形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
［1］電圧共振フライバック形コンバータとその使用例 . . . . . . . . 139
［2］電圧共振フライバック形コンバータの 1 周期間の動作 . . . . . 142
［3］スイッチの ZVS 条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
［4］出力電圧の制御
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
［5］出力電流と動作周波数など . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
［6］今後の展望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
vi
目次
電流共振形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
6.2
［1］電流共振形コンバータの動作原理 . . . . . . . . . . . . . . . . 151
［2］トランスの励磁電流と最大磁束密度 . . . . . . . . . . . . . . . 152
［3］ 1 周期間の動作 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
［4］出力電圧の制御
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
［5］電流共振形コンバータの特徴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
6.3
部分共振形コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.4
第 6 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
第 II 部
第7章
スイッチング電源の設計法
降圧形コンバータの設計
180
7.1
仕様の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.2
動作周波数の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.3
コイルのインダクタンスの決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.4
コイルのコアサイズ，巻数，ギャップの決定 . . . . . . . . . . . . . 183
7.5
コイルの巻線の線径と本数の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7.6
ボビンに巻線が巻けるかどうかの確認
7.7
ギャップの種類とその得失 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.8
第 7 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
第8章
. . . . . . . . . . . . . . . . 189
リンギングチョーク形コンバータの設計
194
8.1
仕様の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
8.2
動作周波数の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
8.3
最大時比率の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.4
トランスの巻線比 n の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
8.5
トランスの一次励磁インダクタンス LP の決定 . . . . . . . . . . . . 198
8.6
トランスのコアサイズと巻数の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.7
トランスのギャップの決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
8.8
トランスのコア損失の計算と温度上昇の確認 . . . . . . . . . . . . . 203
8.9
トランス巻線の線径の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
8.10
ボビンに巻線が巻けるかどうかの確認
8.11
出力コンデンサの決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
. . . . . . . . . . . . . . . . 210
vii
目次
8.12
出力トランジスタの選定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
8.13
出力ダイオードの選定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
8.14
スナバー回路の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
8.15
第 8 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
第9章
フライバック形コンバータの設計
224
9.1
仕様の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
9.2
ダイオード電圧，出力トランジスタのオン抵抗，巻線抵抗の確認 . . 226
9.3
トランスの仕様の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
9.4
トランスのコア損失の計算と温度上昇の確認 . . . . . . . . . . . . . 229
9.5
トランス巻線の線径および出力コンデンサの決定
9.6
第 9 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
第 10 章
フォワード形コンバータの設計
. . . . . . . . . . 234
236
10.1
仕様の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
10.2
最大時比率の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
10.3
ダイオード電圧，出力トランジスタのオン抵抗，コイル抵抗の確認 . 237
10.4
トランスの巻線比 n の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
10.5
トランスのコアサイズの決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
10.6
トランスの巻数の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
10.7
トランスのコア損失の計算と温度上昇の確認 . . . . . . . . . . . . . 240
10.8
出力コイルのインダクタンスの決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
10.9
トランス巻線の線径の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
10.10 ボビンに巻線が巻けるかどうかの確認 . . . . . . . . . . . . . . . . 245
10.11 出力コンデンサの決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
10.12 スナバー回路の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
10.13 出力トランジスタの選定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
10.14 出力ダイオードの選定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
10.15 第 10 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
第 11 章
電流共振形コンバータの設計
254
11.1
仕様の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
11.2
トランスの巻線比 n の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
11.3
昇降圧比 G の計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
11.4
Q 値の下限値の確認 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
viii
目次
11.5
交流出力抵抗の計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
11.6
電流共振コンデンサと Q 値の計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
11.7
励磁インダクタンスと電流共振コンデンサの決定
11.8
トランスのコアサイズの決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
11.9
トランスコアの最大磁束密度の確認 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
. . . . . . . . . . 259
11.10 トランスの巻数の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
11.11 トランスのギャップの決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
11.12 巻線電流の実効値の計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
11.13 トランス巻線の線径の決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
11.14 ボビンに巻線が巻けるかどうかの確認 . . . . . . . . . . . . . . . . 274
11.15 出力コンデンサの決定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
11.16 出力トランジスタの選定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
11.17 出力ダイオードの選定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
11.18 最大効率を得るためには . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
［1］トランスの磁束密度と損失 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
［2］トランスのリーケージインダクタンスと損失 . . . . . . . . . . 282
11.19 第 11 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
第 12 章
整流回路
286
12.1
整流回路の種類と特徴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
12.2
コンデンサインプット形ブリッジ整流回路の電圧・電流 . . . . . . . 289
［1］交流入力電流と消弧角 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
［2］出力電流と整流出力電圧およびリプル電圧 . . . . . . . . . . . 294
12.3
平滑コンデンサの容量と保持時間 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
12.4
平滑コンデンサの使用上の注意点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
［1］耐圧についての注意点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
［2］電解コンデンサの寿命 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
［3］再起電圧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
12.5
第 12 章の演習問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
第 13 章
13.1
13.2
スイッチング電源におけるノイズの抑制対策
306
ノイズの種類と発生源 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
スイッチング電源のノイズ発生源 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
［1］メインスイッチ（MOSFET）の電圧 . . . . . . . . . . . . . . 307
ix
目次
［2］メインスイッチやダイオードによって発生する過渡的な
高周波振動 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
［3］スイッチングトランスのリーケージフラックス . . . . . . . . . 320
［4］平滑コンデンサの等価直列抵抗（ESR）やインダクタンス成分
およびブリッジ整流ダイオードのノイズ
. . . . . . . . . . . . 321
［5］出力コンデンサに生じるリプル電圧（ノイズ電圧）
13.3
. . . . . . 323
伝導ノイズの対策方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
［1］ソフトスイッチング（共振・部分共振方式） . . . . . . . . . . 323
［2］スナバーの有効利用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
［3］ソフトリカバリーダイオードおよびショットキーバリア
ダイオード . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
［4］フェライトビーズ（ビーズコア）やコイルの活用 . . . . . . . . 326
［5］スイッチングトランスの静特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
［6］スイッチングトランスのコアアース . . . . . . . . . . . . . . . 331
［7］プリント配線板の配線など . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
［8］ラインフィルタ回路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
［9］ホットエンドの浮遊容量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
［10］キャンセル法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
13.4
輻射ノイズの対策方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
［1］基本的な対策 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
［2］ソフトスイッチング（共振・部分共振方式） . . . . . . . . . . 345
［3］メインスイッチへの並列コンデンサの追加 . . . . . . . . . . . 345
［4］出力ダイオードへの並列コンデンサの追加 . . . . . . . . . . . 350
［5］配線の短縮とシールド線・より線の利用
. . . . . . . . . . . . 350
［6］フェライトビーズ（ビーズコア）やコイルの活用 . . . . . . . . 350
［7］部品や筐体の電磁シールド . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
x
目次
付録 A
トランジスタの h パラメータ
352
付録 B
シリーズレギュレータの出力電圧
354
付録 C
降圧形 DC-DC コンバータの動特性および
レギュレーション特性
358
C.1
DC-DC コンバータの状態平均化方程式と動特性の求め方 . . . . . . 358
C.2
降圧形 DC-DC コンバータの動特性
C.3
降圧形 DC-DC コンバータのレギュレーション特性と
. . . . . . . . . . . . . . . . . 361
出力インピーダンス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
付録 D
スイッチングトランスの損失
379
D.1
ヒステリシス損 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
D.2
渦電流損 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
D.3
銅損 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
D.4
表皮効果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
D.5
コア損失と巻線損失の関係 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
付録 E
スイッチングトランスに関する電磁気学
384
E.1
電流による磁界 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
E.2
電磁誘導 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
E.3
電気回路と磁気回路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
E.4
磁気回路のオームの法則 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
E.5
インダクタンス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
E.6
電圧と磁束密度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
演習問題解答
389
参考・引用図書および資料
398
索引
399
xi
第I部
スイッチング電源の原理
第1章
電源回路の役目と構成
1.1
電源回路の役目
日本では火力・原子力・水力発電所で発電を行い，三相交流電圧を送電していま
す。発電所から送られた三相交流電圧は，超高圧変電所，一次変電所，配電用変
電所，柱上変圧器を経て低電圧に変電され，単相二線式 100V および単相三線式
100V/200V が一般家庭に供給されます。このような発電を集中型発電といい，発
電所から需要家までは交流送電になっています。
一方，電気・電子機器は一般的に直流電源で動作します。したがって，交流を直
流に変換する回路が必要になります。これが電源回路です。電源回路は交流電圧を
整流・平滑し，安定した直流電圧を負荷回路に供給する役目を果たします。
表 1.1 は電子機器の直流電源電圧と負荷回路の例を示しています。また，図 1.2
に液晶テレビ用電源ユニットの例を示します。
表 1.1 電子機器の直流電源電圧と負荷回路の例
電圧〔V〕
液晶テレビ
プロジェクタ
2
負荷回路
備考
5
12
18
24
32
マイコン，デジタル信号処理回路
18V は音声出力により
映像信号処理回路
電圧値が異なる
5
12
18
20∼90
マイコン，デジタル信号処理回路
音声出力回路用の電圧
信号処理回路
18V は付いていない
音声出力回路
ものもある
音声出力回路
バックライト（冷陰極管）用インバータ
チューナー用電源
ランプ用電圧
1.1 電源回路の役目
火力発電所
原子力発電所
水力発電所
送電線：275∼500kV
送電線：275∼500kV
送電線：154kV
送電線：154kV
超高圧変電所
送電線：66∼154kV
鉄道用変電所
送電線：
66∼154kV
地中配電線：22kV
送電線： 66kV
一次変電所
送電線：66kV
地中配電線：6.6kV
配電用変電所
配電線：22kV
中間変電所
三相
200V
小工場
柱上変圧器
100V/200V
大工場
配電線：6.6kV
大ビルディング
ビルディング・中工場
大工場
ビルディング・中工場
単相
100V/200V
商店
引込線：単相二線 100V
単相三線 100V/200V
住宅
図 1.1 送配電系統図
図 1.2 液晶テレビ用電源ユニットの例
3
第 1 章電源回路の役目と構成
1.2
電源回路の構成
電源回路は，交流電圧から安定化された直流電圧を作り，負荷回路に供給します。
ほとんどの電気・電子機器はリモートコントロールが付いているために，メイン電
源とは別に待機電源を備えています。図 1.3 にリモートコントロール機能を備えた
電子機器の電源回路構成を示します。主電源スイッチを入れると待機電源が働き，
マイコンとリモートコントロール受光回路に電力を供給し，電子機器は待機状態に
なります。ここで，リモートコントロール受光回路がオンの指令を受けると，マイ
コンにより電磁リレーが閉じられ，メイン電源回路に交流電源が供給されて動作状
電子機器
主電源
スイッチ
待機電源回路（AC-DC コンバータ）
整流・平滑回路
スイッチングレギュレータ
・整流
・平滑
・安定化
・絶縁
リモートコント
ロール受光回路
+
マイコン
+
電磁リレー
負荷回路
メイン電源回路（AC-DC コンバータ）
整流・平滑回路
スイッチングレギュレータ
・整流
・平滑
・安定化
・絶縁
出力
電圧
0
電圧 V
電圧 V
電圧 V
時間 t
（POL 電源）
+
+
0
DC-DC コンバータ
・電圧変換・安定化
時間 t
出力電圧 Eo
0
図 1.3 リモートコントロール機能を備えた電子機器の電源回路構成
4
負荷回路
時間 t
1.2 電源回路の構成
態に入ります。一般的にメイン電源と待機電源は，どちらもコンデンサインプット
形ブリッジ整流回路とスイッチングレギュレータで構成されています。以前は出力
電圧を安定化するための定電圧回路にはシリーズレギュレータが使われたことが
ありましたが，現在では小型・軽量で効率が高く，絶縁が容易であることから，ス
イッチングレギュレータが使われています。図 1.3 の中で「POL 電源」の POL と
は，“point of load” の頭文字を取ったものです。IC の動作電圧が年々低下してお
り，配線などの電圧降下を考慮して，DC-DC コンバータを IC のすぐ近くに置くよ
うになっています。POL 電源とは，この DC-DC コンバータのことを指していま
す。IC を構成する MOSFET（metal-oxide-semiconductor ﬁeld eﬀect transistor;
MOS 型電界効果トランジスタ）などを微細化するときには，電界一定の比例縮小
則に基づいて微細化します。したがって，縮小率に比例して電圧がどんどん下がる
ことになります。なお，ムーアの法則によると，IC の集積度は約 3 年ごとに 4 倍
になっています。
交流電圧がコンデンサインプット形ブリッジ整流回路で整流・平滑され，直流と
なり，スイッチングレギュレータに供給されますが，その出力電圧には電源周波数
の 2 倍の周波数を持つリプル電圧が乗っています。しかし，スイッチングレギュ
レータ（DC-DC コンバータ）からは，リプル電圧のない一定の電圧が出力され，
負荷回路に供給されます。
リモートコント
ロール受光回路
D6
D8
D9
T2
+
D7
R2
D5
+
C3
マイコン
C4
R5
コントロール
ドライブ
Q2
Q3
R3
誤差増幅
Q1
S1
R4
F1
a
T1
DZ
D2
S2
D4
C1
L1
R1
D3
D1
スイッチング Eo
+ レギュレータ
C2
b
図 1.4 テレビジョン受信機の実際の電源回路図
5
第 1 章電源回路の役目と構成
図 1.4 はテレビジョン受信機の実際の電源回路図です。これをもとにして，待機
電源と主要部品の役目について説明します。
［1］待機電源
消費電力の削減のために，間欠動作機能を備えたスイッチングレギュレータが一
般的に使われています。待機時に負荷が軽くなると間欠動作になり，スイッチング
損失を減らして効率の低下を防止します。以前は商用電源トランスが使用されてい
ましたが，現在はほとんどがスイッチングレギュレータに置き換わって，AC-DC
効率を上げ，待機電力を削減しています。
図 1.5 は，固定周波数のパルス幅制御方式スイッチングレギュレータと商用電源
トランスを用いた待機電源の AC-DC 効率を比較したものです。図中に示している
TA1307P と MIP280 は，スイッチングレギュレータのコントロール IC の型名で
あり，軽負荷になると間欠発振になり固定損失を減らす機能をどちらも備えていま
す。たとえば，TA1307P の場合は通常 25kHz で動作しますが，出力が 2W 以下
になると間欠動作に入り，2kHz の周波数で間欠発振をします。図 1.5 に示すよう
に，商用電源トランスは励磁電力が大きいために効率が悪く，出力が 50mW 付近
では約 20% しかありません。これに対して，間欠動作機能を備えたスイッチング
レギュレータでは，50% 以上にすることができます。この違いを利用して，商用電
源トランスで待機電力が 1.5W であった機種を 0.25W の待機電力に，また，1.2W
であった別の機種を 0.15W に改善できた例があります。
80
70
効率〔%〕
60
50
40
30
20
TA1307P
10
MIP280
0
電源トランス
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
出力〔W〕
図 1.5 待機電源の AC-DC 効率の比較
6
1.2 電源回路の構成
［2］ AC ヒューズ：F1
部品が短絡するなど，電源回路に異常があったとき，AC ヒューズが溶断するこ
とで交流電源から電源回路を切り離します。一般に耐ラッシュ電流のものが使われ
ます。
［3］バリスタ：DZ
バリスタ（varistor）は，交流電源の両極間に入ってくる雷などのサージ電圧か
ら，電源回路を保護します。サージ電圧が入ると動作電圧でクリップし，動作電圧
以上のサージ電圧が後段の電源回路に加わらないようにします。動作特性を図 1.6
に示します。統計データによると，極めて稀ですが，最大 12.5kV の雷サージ電圧
が観測されています。図 1.7 を参照してください。
I
+
−
+
V
−
頻度〔回〕
図 1.6 バリスタの動作特性
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1966 年度
合計 129 回
118
8
2
4
6
8
10
サージ電圧〔kV〕
3
12
14
出典：電力中央研究所「低圧架空配電線路・恒長 200∼500m の線路の雷
サージ電圧（四国電力管内における電力中央研究所の測定）」，技術報告書
No.64051（1966 年度）
図 1.7 雷サージ電圧の大きさと発生頻度（AC 両極間）
7
第 1 章電源回路の役目と構成
［4］ラインフィルタ：T1
電源回路から交流電源に帰る不要輻射（伝導ノイズ）を阻止し，電気用品安全法
（電気用品の技術上の基準を定める省令）に定められた基準に入るようにします。
特にコモンモードのノイズを阻止します。一例として，テレビジョン受信機の電源
端子に誘起される高周波電圧の許容値を，表 1.2 に示します。(a) は以前からある
規格，(b) は国際規格に整合した規格です。現在はいずれかの規格に適合すればよ
いことになっていますが，そのときは安全規格と整合していなければなりません。
表 1.2 電源端子に誘起される高周波電圧の許容値
(a) 別表第八の 3
擬似電源回路網 ∆ 結線 150Ω
(b) J55013
V 結線 50Ω − 50µH
規格値平衡
526.5kHz∼30MHz
準尖頭値
平均値
電圧
46dBµV（準尖頭値） 150kHz∼500kHz 66∼56dBµV 56∼46dBµV
不平衡 526.5kHz∼30MHz
500kHz∼5MHz
56dBµV
46dBµV
電圧
52dBµV（準尖頭値）
5MHz∼30MHz
60dBµV
50dBµV
安全規格との整合性を表 1.3 に示します。なお，表 1.3 の EMC と EMI は次の
ことを意味しています。電気・電子機器は，本体から出すノイズに関してエミッ
ション（emission）性能が，また，外部から入ってくるノイズに関してイミュニティ
（immunity）性能が要求されます。つまり，EMC（electromagnetic compatibility;
電磁的両立性）が求められます。そのうち，電気・電子機器から出るノイズは EMI
（electromagnetic interference; 電磁妨害）と呼ばれます。
表 1.3 EMC 規格と安全規格の整合性
(a) 従来の規格（基準）
(b) 国際整合規格
国際規格
EMC（EMI）電気用品安全法（電気用品 J55013（音声及びテレビジョン CISPR13
の技術上の基準を定める省放送受信機並びに関連機器の無線
令，別表第八）
安全
妨害波特性の許容値及び測定法）
電気用品安全法（電気用品 JIS C 6065（オーディオ，ビデ IEC60065
の技術上の基準を定める省オ及び類似の電気機器−安全要求
令，別表第八）
事項）
伝導雑音には，図 1.8 に示すように 2 種類のノイズがあります。大地アースを基
準としたときの AC 両極間のノイズの差 V1 ，すなわちノーマルモードノイズ（平
衡ノイズ）と，AC 両極のノイズを加算した V2 ，すなわちコモンモードノイズ（不
8
1.2 電源回路の構成
Va
Va
V2
V1
V1
Vb
大地アース
Vb
V2
V1 ：ノーマルモードノイズ（V1 = Va − Vb ）
V2 ：コモンモードノイズ（V2 = Va + Vb ）
実際には，ノーマルモードノイズは V1 = (Va − Vb )/2 を，コモンモード
ノイズは V2 = (Va + Vb )/2 を測定します。
図 1.8 ノーマルモードノイズとコモンモードノイズ
平衡ノイズ）です。ラインフィルタは，このうちのコモンモードノイズを抑制する
働きを持っています。ノーマルモードノイズに対しては，ラインフィルタの磁束は
打ち消され，インダクタンスはゼロになって短絡状態になります。しかし，コモン
モードノイズに対しては磁束が加算され，インダクタンスとして働いて，ノイズを
抑制します。ラインフィルタの働きを図 1.9 に示します。
i1
N1
φ1
φ2
i2
N2
i1
N1
φ1
φ2
i2
N1 = N2 ，i1 = i2
φ = φ1 − φ2 = 0
L=0
N1 = N2 = N ，i1 = i2 = i
L=
N2
Rm
N2
N1 , N2 , N ：巻線巻数，i1 , i2 , i：電流，ϕ1 , ϕ2 , ϕ：磁束，
Rm ：コアの磁気抵抗，L：インダクタンス
図 1.9 ラインフィルタの働き
［5］主電源スイッチ：S1
交流電源をオン・オフします。2 回路になっているのは，図 1.10 の破線枠内の動
作を省略するためであり，主電源スイッチが押されたことをマイコンに知らせ，マ
イコンのラストメモリをオフからオンに書き換えます。一般的な主電源スイッチは
1 回路です。
9
第 1 章電源回路の役目と構成
リモコンでテレビをオフする
主電源スイッチをオフする
主電源スイッチをオンする
マイコンのメモリ
をオフからオンに
書き換える
リモコンでテレビをオンする
テレビが映る
図 1.10 2 回路主電源スイッチの役割
［6］アクロス・ザ・ラインコンデンサ：C1
アクロス・ザ・ラインコンデンサ（X コンデンサともいいます）は，交流電源の
両極間の不要輻射（伝導ノイズ）であるノーマルモードのノイズを抑制します。詳
細については第 13 章で説明します。
［7］ブリッジ整流ダイオード：D1 ∼D4 , D5 ∼D8
交流電圧を整流します。図 1.4 のメイン電源回路において電磁リレーが入ってい
る側の交流電源の極性を a 極，逆側を b 極とすると，a 極が正の半サイクルには，
交流電源の a 極 → D4 → C2 → R1 → D3 → 交流電源の b 極の順に電流が流れ，
平滑コンデンサに直流電圧を蓄積します。a 極が負の半サイクルには，交流電源の
b 極 → D1 → C2 → R1 → D2 → 交流電源の a 極の順に電流が流れ，同様に平滑
コンデンサに直流電圧を蓄積します。
［8］交流チョークコイル：L1
高調波電流が交流電源に流入するのを阻止し，電流を規制値以下に抑えます。純
抵抗以外の負荷が交流電源に接続されると，電流がひずみ商用電源周波数の整数
倍の周波数を持つ交流電流が流れます。この電流を高調波電流といいます。欧州や
中国では機器から発生する高調波電流が法規制されており，日本でも JIS（Japan
Industrial Standards; 日本工業規格）が制定されています。機器から発生する高
調波電流を規定している JIS C 61000-3-2「電磁両立性−第 3-2 部：限度値−高調波
電流発生限度値（1 相当たりの入力電流が 20A 以下の機器）」では，テレビジョン
受信機はクラス D 機器に分類され，クラス D 機器の限度値以下に高調波電流を抑
えることが義務付けられています。図 1.11 は，コンデンサインプット形整流回路
において，R1 = 1Ω，C2 = 1000µF，負荷に相当する抵抗 R = 176.5Ω，出力電力
10
1.2 電源回路の構成
e
i
0
t（2ms/1 目盛り）
e：交流電圧（50V/1 目盛り）
i：交流電流（2A/1 目盛り）
図 1.11 コンデンサインプット形整流回路の交流入力電流（R1 = 1Ω，C2 =
1000µF，R = 176.5Ω，出力電力 Po = 100W）
Po = 100W のときの交流入力電流波形を示しています。平滑コンデンサに直流電
圧が生じているために，交流電圧がこの電圧以上になった時間しか交流電流が流れ
ず，電流は正弦波とは違ったひずんだ波形になってしまっています。このときの電
流波形には，基本波電流のほかに，次式に示すような基本波周波数の整数倍の周波
数を持つ高調波電流が含まれています。
i = 1.49 sin(ωt + 0.085) − 1.3745 sin(3ωt + 0.256)
+1.161 sin(5ωt + 0.432) − 0.885 sin(7ωt + 0.6175)
+0.591 sin(9ωt + 0.822) − 0.321 sin(11ωt + 1.08)
+0.1146 sin(13ωt + 1.625) + 0.0735 sin(15ωt + 0.384) + · · ·
(1.1)
交流チョークコイルを入れると，高調波電流に対する整流回路のインピーダンス
が上がり，ダイオードの導通時間が伸びて，高調波電流の発生量が低下します。交
流チョークコイルを入れる前のインピーダンスを Z1 ，入れた後のインピーダンス
を Z2 とすると，それぞれは以下のようになります。ただし，負荷に相当する抵抗
を R とします。
R
R (1 − jωC2 R)
= R1 +
2
1 + jωC2 R
1 + (ωC2 R)
(
)
R
jωCR2
= R1 +
−
2
2
1 + (ωC2 R)
1 + (ωC2 R)
v(
)2 (
)2
u
u
ωC2 R2
R
t
|Z1 | =
+
R1 +
2
2
1 + (ωC2 R)
1 + (ωC2 R)
Z1 = R1 +
Z2 = R1 + jωL1 +
(1.2)
R
1 + jωC2 R
11
第 1 章電源回路の役目と構成
(
=
R1 +
)
R
2
1 + (ωC2 R)
v(
u
u
|Z2 | = t R1 +
R
1 + (ωC2 R)
2
(
+j
ωL1 −
)2
(
+
)
ωC2 R2
1 + (ωC2 R)
ωL1 −
2
)2
ωC2 R2
1 + (ωC2 R)
(1.3)
2
ここで，Z1 と Z2 を R1 = 1Ω，C2 = 1000µF，R = 150Ω，L1 = 8mH として周
波数に対するインピーダンスを求めると図 1.12 となり，周波数が上がると Z2 は
高くなることがわかります。その結果，インダクタンスを大きくしていくと，高調
波電流が図 1.13 のように減少します。周波数の最も低い 3 次高調波電流に対する
抑制効果が最も低く，消費電力が 100W のときのインダクタンスは少なくとも 8∼
10mH 以上のものが必要になります。
インピーダンス Z 〔Ω〕
14
12
10
8
6
4
Z1（L1 = 0）
Z2（L1 = 8mH）
2
0
50
100
150
200
周波数〔Hz〕
250
高調波電流の発生比率〔%〕
図 1.12 周波数に対する整流回路のインピーダンス
350
300
250
200
150
100
50
0
0
5
10
交流チョークコイル L1 のインダクタンス〔mH〕
15
3次
5次
7次
9次
11 次
13 次
高調波電流の発生比率は，クラス D の限度値に
対する比率を意味します。
図 1.13 交流チョークコイルの高調波電流の抑制効果（消費電力 P = 100W）
12
1.3 第 1 章の演習問題
［9］インラッシュ電流防止抵抗：R1 , R2
交流電源の電圧が最大になる時刻 T /4 にスイッチをオンすると，突入電流が最
大になります。このとき，インラッシュ電流防止抵抗は，主電源スイッチ S1 や電
磁リレー S2 およびブリッジ整流ダイオードの定格電流以下に，突入電流の大きさ
を抑える働きをします。定常状態に達した後は，抵抗にはここに流れる電流により
大きな損失が発生します。そのために，抵抗値はできるだけ小さい値にする必要が
あり，ラインフィルタの抵抗値や電流が流れる印刷配線板のパターン（銅箔）の抵
抗値も考慮して決めます。また，一般的にはセメント抵抗器を使用しますが，温度
上昇により基板面が焦げて変色しないように，十分に大きい電力定格のものを使う
必要があります。過去の実績から，定格電力に対する消費電力の比率は，50% 以下
であることが望まれます。
［10］電磁リレー：S2
二次側の励磁巻線に電流を流すことにより，一次側（交流電源側）を閉路にする
ことができます。マイコンからの指令によりこれを制御し，テレビジョン受信機を
オン・オフさせます。
［11］平滑コンデンサ：C2 , C3
整流された電圧を平滑し，低周波数（商用電源周波数の 2 倍の周波数）のリプル
電圧を除去します。また，交流電源が瞬時停電や瞬時電圧降下を起こしたときに，
ある一定時間，ここからスイッチングレギュレータに電力を供給し，動作を保持す
る役目も果たします。詳細は第 12 章で説明します。
1.3
第 1 章の演習問題
1. 現在は交流による送配電が行われています。その主たる理由は何か説明しな
さい。
2. 括弧内に適当な言葉を入れなさい。
1 ）機能を備え
（a）待機電源には，消費電力の削減のために軽負荷での（ ⃝
たスイッチングレギュレータが使われることが多くなりました。
2 ）などのサージ電圧から電源回路を保護
（b）バリスタ（varistor）は，（ ⃝
する役割を果たします。統計データによると，AC 両極間に入ってくる
3 ）kV 以下です。
雷サージ電圧は最大でも（ ⃝
4 ）ノイズに対してインダクタンスとして働き，
（c）ラインフィルタは，（ ⃝
商用電源線に伝わる伝導ノイズを少なくします。
13
第 1 章電源回路の役目と構成
5 ）
（d）交流チョークコイルは，交流電流がひずむことにより発生する（ ⃝
を抑制する役割を果たします。
3. 電源回路の構成と役目について説明しなさい。
スイッチング電源の誕生
スイッチングレギュレータは，1960 年代初頭に米国宇宙局（NASA）で開発
されました。それまで，ロケット用電源にはシリーズレギュレータが使われて
いました。シリーズレギュレータは効率が悪く，大きな冷却装置が必要でした
が，スイッチングレギュレータの導入により，これらの問題が解消されました。
14
第2章
定電圧回路
2.1
定電圧回路とは
定電圧回路（電圧安定化回路）とは，入力電圧や出力電流が変動したときに出力
電圧 Eo を変化させず一定にするための回路をいい，安定化された直流電圧（出力
電圧 Eo ）を負荷に供給する役割を果たします。図 2.1 に示すように，定電圧回路に
はリニア方式とスイッチング方式があります。リニア方式にはシリーズレギュレー
タとシャントレギュレータがありますが，現在は，シャントレギュレータはほとん
ど使われておらず，シリーズレギュレータで代表されます。
定電圧回路
リニア方式
シリーズレギュレータ
シャントレギュレータ
スイッチング方式
スイッチングレギュレータ
図 2.1 定電圧回路の分類
まず，ここではリニア方式を基本に定電圧回路について説明をします。図 2.2 は
リニア方式定電圧回路の原理を表したものです。そのうち，(a) がシリーズレギュ
レータの原理を，(b) がシャントレギュレータの原理を示しています。図において，
Ei は入力電圧，Eo は出力電圧，Io は出力電流（負荷電流），r は電源の内部抵抗，
R は可変抵抗，Ro は出力抵抗を示しています。このときのシリーズレギュレータ
の出力電圧 Eo は，
Eo = Ei − (r + R)Io
(2.1)
により，また，シャントレギュレータの出力電圧 Eo は，
(
Ei = r(I + Io ) + Eo = r
Eo
+ Io
R
)
(
r)
+ Eo = rIo + 1 +
Eo
R
15
第 2 章定電圧回路
Io
R
r
Eo
Ei
Io
r
Ro
Ei
Eo
R
Ro
I
(a) シリーズレギュレータ
(b) シャントレギュレータ
Ei：入力電圧，Eo：出力電圧，Io：出力電流（負荷電流），
r ：電源の内部抵抗，R：可変抵抗，Ro ：出力抵抗
図 2.2 リニア方式定電圧回路の原理
から
Eo =
Ei − rIo
1 + r/R
(2.2)
により与えられます。
ここで，入力電圧 Ei もしくは出力電流 Io が変化すると，出力電圧 Eo が変化し
てしまいます。このとき抵抗 R を変え，出力電圧 Eo を一定にします。図 2.2 (a)
のシリーズレギュレータでは，出力電圧 Eo が低下すると，これと連動して可変抵
抗 R が減少します。また，図 2.2 (b) のシャントレギュレータでは，出力電圧 Eo
が低下すると，これと連動して可変抵抗 R が増大します。このような動作で出力電
圧 Eo の低下が補償されますが，図 2.2 (a) のシリーズレギュレータが広く用いら
れています。可変抵抗 R を変化させたときの出力電圧の変化を図 2.3 に示します。
Eo
Eo
Ei − rIo
Ei − rIo
0
R
Ei /Io − r
(a) シリーズレギュレータ
R
0
(b) シャントレギュレータ
図 2.3 リニア方式定電圧回路の動作特性
図 2.2 (a) に示したシリーズレギュレータは，実際には図 2.4 に示すような構成
になっています。出力電圧 Eo が基準電圧 Vref と比較され，誤差があるときは増幅
器で増幅された誤差により制御回路が制御され，出力電圧 Eo を一定にするように
動作します。制御回路には一般的にトランジスタが使用され，トランジスタの等価
抵抗を変化させることにより，出力電圧 Eo をコントロールします。
16
2.1 定電圧回路とは
制御回路
誤差増幅器
Ei
比較回路
基準電圧
検出回路
Eo
Vref
図 2.4 シリーズレギュレータの構成
図 2.4 に示すシリーズレギュレータは図 2.5 に示す差動増幅器と考えることがで
きます。このときの出力電圧 Eo は，差動増幅器の増幅度が十分に大きいとすると，
次のように与えられます。
α (Vref − βEo ) = Eo より， Eo =
α
Vref
1 + αβ
αβ ≫ 1 なら
Vref
R1 + R2
Eo ∼
=
Vref
=
β
R2
(2.3)
ただし，β = R2 /(R1 + R2 ) です。
Ei
Vref
+
βEo
−
差動増幅器
ゲイン：α
Eo
帰還回路
帰還量：β
図 2.5 シリーズレギュレータの考え方（等価回路）
iB1 +iC2
Io
vCE1
r
Q1
R4
i C1
vBE1
R3
i C2
vCE2
Q2
iB1
Ei
Vz
R1
iB 2
vBE2
Dz
iB 2 + i
i
Ro
Eo
R2
Ei ：入力電圧，Eo ：出力電圧，Io ：出力電流（負荷電流），r：電源の内部抵抗，Ro ：出力抵抗，Q1 ：
出力トランジスタ，Q2 ：誤差増幅器，Dz ：ツェナーダイオード，Vz ：基準電圧，R1 , R2 ：分圧抵抗
図 2.6 シリーズレギュレータ
17
第 2 章定電圧回路
つまり，出力電圧 Eo は帰還量 β と基準電圧 Vref で決まる値の一定の電圧となり
ます。なお，R1 と R2 は図 2.6 に示している分圧抵抗です。
以上で定電圧回路について説明しました。2.2 節，2.3 節ではそれを受けてシリー
ズレギュレータとスイッチングレギュレータの詳細について述べます。
シリーズレギュレータ
2.2
入力と出力の間に，直列にトランジスタ Q1 が接続されており，Q1 のベース電
流 iB1 を調節してコレクタ・エミッタ間 vCE1 を変化させることにより，出力電圧
Eo を一定にします。図 2.7 を参照してください。このときの入力電圧 Ei と出力電
圧 Eo との差は，トランジスタの損失 PC として消費されます。
PC = (Ei − Eo ) · Io
(2.4)
電圧〔V〕
ここの電位差は Q1 の熱として捨てる
Ei
Eo
一定にしたこの電圧を負荷に供給する
時間 t
0
図 2.7 シリーズレギュレータの入出力電圧
図 2.6 において，h パラメータを使用して電圧と電流の関係を求めると，以下の
ようになります。
iC1 = hf e1 iB1 + hoe1 vCE1
(2.5)
vBE1 = hie1 iB1 + VBE1
(2.6)
iC2 = hf e2 iB2 + hoe2 vCE2
∼ hf e iB （hoe は十分に小さいため）
=
2
2
2
vBE2 = hie2 iB2 + VBE2
(2.7)
(2.8)
ここで，hf e はエミッタ接地の出力端短絡における電流増幅率です。また，hoe お
よび hie はそれぞれ，エミッタ接地の入力端開放における出力コンダクタンスと，
出力端短絡における入力インピーダンスを示しています。詳細については付録 A
を参照してください。
hoe1
18
出力電流
iC =
=
出力電圧
vCE1 iB
(2.9)
1
=0

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