降圧DCDCコンバータをシミュレーション

降圧DCDCコンバータとは

降圧DCDCコンバータとは、入力された高い電圧を、必要な低い電圧に変換する回路です。電子機器の多くは安定した低電圧で動作するため、電源回路として欠かせない存在です。今回は、ICを使わずディスクリート部品のみで構成した降圧DCDCをLTspiceでシミュレーションし、その動作原理を探ってみます。

LT Spiceにデフォルトで入っている部品を使い降圧DCDCコンバータを作りました.
ツェナーダイオード(D1)を5.６V品を使い、トランジスタ(Q1)のVbe約0.6Vを引いて降圧レギュレータの出力電圧5Vを狙います

シミュレーションした結果、出力電圧は5.115Vほどでした。

負荷の電流を0⇄100mA で変動させてみます。緑色が負荷電流I　青色が出力電圧Vです
出力電圧が約5.115V〜4.975Vに変動しています。

先ほどの降圧DCDCコンバータは負荷電流によって出力電圧が変動したのでオペアンプを使って出力電圧をフィードバックします。ツェナーダイオードPT4_3Bを使いリファレンス電圧を約4Vとします。
出力電圧５V としてオペアンプの-側は 5V * 68kΩ/(18kΩ+68kΩ)＝4.04Vに設定

負荷の電流を0⇄100mA で変動させてみます。緑色の波形が負荷電流I　青色の波形が出力電圧Vです
オペアンプで出力電圧をフィードバックすることで出力電圧の変動が抑えられました。

次は入力電圧を8Vから14Vまで変動させます
緑色の波形が負荷電流I　青色の波形が出力電圧Vout 赤色が入力電圧Vinです
入力変動に対し出力電圧がは約4.7Vから5.1Vまで変動してしまいます

降圧DCDCのICを使うとどうでしょうか。

緑色の波形が負荷電流I　青色の波形が出力電圧Vout 赤色が入力電圧Vinです
入力変動に対し出力電圧はほとんど変動してません。コストは上がりますがやっぱりIC使うと入力変動、出力変動に対しても安定した出力が得られます。