DC-DCコンバータとは？機能や種類、用途、選び方を解説

1. DC-DCコンバータとは？

DC-DCコンバータとは、直流（DC）の電圧を、別の直流電圧へと電圧を変換し、電子機器に安定した電力を供給するための装置（部品）です。入力された電圧を機器に最適な電圧へ上げたり（昇圧）、下げたり（降圧）、あるいは入力電圧の数値にかかわらず一定の電圧にして出力する役割を担い、電子機器の誤作動や故障を防ぐために不可欠です。
ここでは、具体的な使用目的やAC-DCコンバータとの違いについて解説します。

DC-DCコンバータの使用目的

電子機器を動かすためには、安定した電圧が必須です。DC-DCコンバータは、電圧の調整や維持の役割を持つことから、電子機器が安定して動作するために使用されます。適切ではない電圧で電子機器を動かすと誤作動や故障の原因になることがありますので、DC-DCコンバータの使用は不可欠です。

また、DC-DCコンバータは、バッテリーを使用する電子機器の電力効率や、バッテリーの利用効率を向上させる目的でも使われます。

AC-DCコンバータとの違い

DC-DCコンバータのほかに、AC-DCコンバータというものもあります。DC-DCコンバータは直流電源の電圧を変換する装置ですが、AC-DCコンバータは、交流電源（AC：Alternating Current）を直流電源に変換する装置のことです。

一般的な日本の住宅や商業施設における電源コンセントは、AC100Vに設定されています。一方、多くの電子機器は、DC10VやDC5Vといった具合に、直流電源で動くように設計されています。
そのため、コンセントで電子機器を動かそうとすると、交流を直流に変換する必要があり、その役割を担っているのがAC-DCコンバータなのです。

2. DC-DCコンバータにはどのような種類があるか？

DC-DCコンバータは、電圧を変換する方式の違いによって「リニアレギュレータ（LDO）」と「スイッチングレギュレータ」の大きく2種類に分けられます。さらにスイッチングレギュレータは、機能に応じて「降圧」「昇圧」「昇降圧」「チャージポンプ（反転）」などに細分化されます。

リニアレギュレータ（LDO）

リニアレギュレータは、入力電圧に対して出力電圧を下げる機能を有するシンプルなDC-DCコンバータです。構造や見た目もシンプルで、入力用、出力用、GND（グランド）用の3本の端子から構成されています。
余分な電圧が熱として放出されるため、電力変換の効率が低い点はデメリットといえますが、ノイズが発生しづらいというメリットもあります。

リニアレギュレータの製品ラインアップはこちら

スイッチングレギュレータ

スイッチングレギュレータは、スイッチを高速でオン・オフさせることで電圧制御を行うDC-DCコンバータです。リニアレギュレータに比べて電力変換を効率的に行えるように開発され、特にモバイル機器においては効率化の面で主流となりました。
熱を放出しにくく、高い電力変換効率を持つため、大電流を扱えるのがメリットです。一方で、リニアレギュレータと比べるとノイズが発生しやすいというデメリットがあります。
スイッチングレギュレータは機能により、さらに細分化できます。主な種類は下記のとおりです。

スイッチングレギュレータの関連製品ラインアップはこちら

3. DC-DCコンバータの使用例

DC-DCコンバータは主にスマートフォンなどのモバイルデバイス、ロボット掃除機といった家庭用バッテリー、そしてEV（電気自動車）などのモビリティ領域で広く使用されています。いずれの用途においても、バッテリーの電圧を最適化し、エネルギーを無駄なく消費して機器を安全かつ安定的に動作させる役割を担っています。

モバイルデバイス

DC-DCコンバータは、スマートフォンやタブレットといったモバイルデバイスに使用されています。これらの電子機器に搭載されたバッテリーの電圧を最適化することが主な目的です。

家庭用バッテリー

ロボット掃除機、スティック掃除機、電動ハブラシ、電動シェーバーなどといった家庭用電化製品のバッテリーにも、DC-DCコンバータが使用されています。電源から供給される電圧をDC-DCコンバータにより調整変換したり安定化させたりすることで、家庭用電化製品を安全に使用することができます。また、エネルギーを無駄に消費せず、適切に利用できることも特徴です。

モビリティ

DC-DCコンバータは自動車、特に電気自動車（EV）やハイブリッド車に使用されています。EVの元電源ともいえる高電圧のトラクションバッテリーから、低電圧で稼働する車両内部の各種システムに電力を供給する際の電圧変換に利用されています。

また、自動運転の発展に伴い近年注目されているのが、車載用マルチメディア、いわゆるカーインフォテインメント領域での利用です。カーインフォテインメントは車載バッテリーから電力を得ますが、配線の末端に行くにつれ、配線抵抗などの理由により電圧が低下していくことがあります。DC-DCコンバータは、入力電圧を安定した出力電圧に変換することで、配線抵抗による電圧低下を補正します。

4. 最適なDC-DCコンバータの選び方は？

最適なDC-DCコンバータを選ぶには、まず機器の要求仕様に合致する方式を選定することが重要です。
具体的には、「電圧の出力効率とノイズのバランス」「出力電流」「推奨動作電圧の範囲」「出力電圧の範囲と精度」「スイッチング周波数の範囲」の5つを基準に確認します。

電圧を出力する効率とノイズ

DC-DCコンバータを選ぶ際には、要求される電圧を出力する効率とノイズのバランスをチェックすることをおすすめします。
例えば入力電圧DC5VからDC1.8Vを作る場合、リニアレギュレータはノイズが小さい一方で、電圧差が大きいと効率が悪くなります。スイッチングレギュレータはノイズが大きい一方で高効率という特徴があるため、効率とノイズのどちらを優先するかが選択ポイントとなります。

リニアレギュレータとスイッチングレギュレータの比較

• ※
  一般的なリニアレギュレータとスイッチングレギュレータの簡易比較。想定条件は、入力電圧DC3VからDC1.8Vを作る場合。

出力電流

DC-DCコンバータのデータシートにより、出力電流を確認します。最大負荷時に必要とされる電流を供給できるかどうかがポイントです。

推奨動作電圧の範囲

DC-DCコンバータのデータシートには、推奨動作電圧の範囲が記載されています。対象となる電子機器の使用で想定される、入力電圧の全帯域をカバーしているかどうかの確認が必要です。

出力電圧の範囲と精度

検討するDC-DCコンバータの出力電圧範囲と出力電圧精度が、電力を供給する機器が必要とする電圧に合致しているかどうかも確認します。出力電圧の範囲が合致しない場合、安定して駆動できないことがあります。

スイッチング周波数の範囲

スイッチングレギュレータの場合には、周波数の範囲も確認が必要です。使用環境で想定される最小から最大までのスイッチング周波数をサポートしているかどうかをデータシートで確認します。

5. 目的や用途に合ったDC-DCコンバータの選択は、ミネベアミツミにご相談を

DC-DCコンバータには多様な種類や用途があるため、最適な製品の選択に迷われる方も多いでしょう。 ミネベアミツミでは、以下の強みを活かし、お客様の機器に最適なDC-DCコンバータや各種電源ICをご提案します。

• ・高効率と高精度な出力：
  CMOSプロセスとバイポーラプロセスそれぞれの強みを活かし、幅広い入力電圧範囲において高効率かつ高精度な出力を供給し、機器の安定動作に貢献します。
• ・豊富なラインアップ：
  降圧・昇圧・反転（チャージポンプ）タイプをご提供し、ソフトスタートや逆流保護、オートディスチャージ、温度センサ出力など、機器の要求に応える多彩な付加機能を搭載しています。
• ・40年以上の実績と安定供給体制：
  アナログ半導体で40年以上の歴史を持ち、開発・設計・製造の一貫体制（垂直統合）により、高品質な製品をグローバルで安定提供しています。

選定に関する疑問の解決から具体的な選定サポートまで、ぜひミネベアミツミにお任せください。