同期整流Buck（降圧）: 効率・リプル・波形

インダクタの選び方

インダクタンスを決めるのはリプル電流 ΔIL です。慣例として、定格出力電流の 20〜40% に収まる値を選びます。

リプルを小さくすると出力リプル電圧が下がり、コンデンサが小さくて済みますが、インダクタが大きく高価になります。逆にリプルを大きくすると、ピーク電流が上がって飽和電流の余裕がなくなり、コアの損失も増えます。

インダクタの選定で見るべきは IL peak（ピーク電流）です。データシートの飽和電流 Isat がこれを十分上回っていることを確認してください。飽和するとインダクタンスが急激に落ち、電流が制御不能に増えます。過渡応答時はさらにピークが上がるので、Isat には 1.2〜1.5 倍の余裕を持たせます。

出力コンデンサ

出力リプル電圧 ΔVout は、コンデンサの容量による成分と ESR による成分の和になります。この計算機は容量成分を出しています。

セラミックコンデンサは ESR が小さいので容量成分が支配的ですが、直流バイアス特性で実効容量が大きく落ちる点に注意してください。25V 定格の 10µF に 12V をかけると 4〜5µF しか残らないことがあります。データシートの値ではなく、実効容量で計算してください。

出力コンデンサを増やすと、リプル電圧だけでなく負荷急変時の電圧の落ち込み（ΔV過渡）も小さくなります。この計算機の f(LC) = 1/(2π√(L·Cout)) はその裏返しで、Coutを増やすほどf(LC)は下がります。f(LC)は出力LCフィルタの二重極で、実用的な制御ループの帯域はこれより大きく上には取りづらいため、f(LC)が下がるということは電源自身が反応できる速さの上限が下がることを意味します。

要するに、Coutを増やす＝1回の負荷変動での電圧の落ち込みは小さくなるが、その状態から定常値に戻るまでの制御ループの応答速度は遅くなる、というトレードオフがあります。負荷変動が速く・大きいアプリケーション（デジタル負荷のロードステップなど）では、Coutをただ増やすのではなく、必要な帯域を確保できるインダクタンスとのバランスで決めてください。

効率の見方

この計算機の効率は MOSFET の導通損失（Rds(on) による I²R）だけを見た概算です。実際にはスイッチング損失、ゲート駆動損失、インダクタの銅損と鉄損、制御回路の消費が加わります。

実機の効率はここで出る値より 3〜8 ポイント低くなると考えてください。特にスイッチング周波数が高い場合や、入出力の電圧差が大きい場合は差が広がります。正確な値が必要ならメーカの提供するシミュレータか実測で確認してください。

レイアウトで決まる部分

• 入力コンデンサの位置が最重要。ハイサイド MOSFET のドレインと GND の間のループ（ホットループ）を最小にします。ここが大きいとリンギングとスパイクが出て、EMI とデバイスの破壊につながります。
• スイッチノード（SW）の面積は最小に。電圧が高速で振れる節点なので、広いと放射源になります。ただし発熱するので、狭くしすぎても問題です。
• フィードバック配線は SW から離す。最も敏感な配線を最も騒がしい節点の近くに通さないでください。GND で挟むか、別層に逃がします。
• GND は一点に集める。入力コンデンサ、出力コンデンサ、IC の GND ピンを最短で結びます。