インダクタのエネルギーと時定数計算ツール
インダクタに蓄えられたエネルギー、L/R 時定数、および電流立ち上がり時間を計算
公式
仕組み
インダクタエネルギー計算機は、E = ½LI² を使用して蓄積された磁気エネルギーを計算します。これは、スイッチング電源の設計、エナジーハーベスティング、およびモーター駆動アプリケーションに不可欠です。パワーエレクトロニクスのエンジニア、SMPS設計者、および磁気学の専門家は、これを使用してインダクタのサイズ調整、ピーク電流の計算、およびコア飽和の防止を行います。Horowitz & Hill の『Art of Electronics』（第3版、p.40）によると、蓄積エネルギーはインダクタンスと電流の2乗に比例し、電流を2倍にすると蓄積エネルギーは4倍になります。L/R 時定数 τ = L/R がエネルギー伝達の速さを決め、電流は1時定数後に最終値の 63.2% に達します。コア飽和は、 B_peak が材料の限界（Magnetics Inc.の仕様によると、フェライトの場合は0.3-0.5T、粉末鉄の場合は1.2-1.5T）を超えると発生し、インダクタンスが低下し、電流が破壊的にスパイクします。
計算例
リップル電流が 30% の 500kHz、2A 出力の 12V-5V バックコンバータ用のインダクタを設計してください。平均インダクタ電流: I_avg = 2Aリップル電流: ΔI = 0.3 × 2A = 0.6Aピーク電流: I_peak = I_avg + ΔI/2 = 2.3A必要なインダクタンス:L = V_out × (1-D)/(f × ΔI) = 5V × 0.583/(500kHz × 0.6A) = 9.7μH. I_sat > 3A (30% マージン) 定格の 10μH インダクタを選択してください。ピーク時の蓄積エネルギー:1 サイクルあたり E = ½ × 10μH × (2.3A)² = 26.5μJ 500 kHz でのパワーハンドリング:P = E × f = 26.5μJ × 500kHz = 13.2 W — 温度定格を確認してください。コイルクラフト XAL5030-103ME (10μH, 3.1A I_sat, 20mΩ DCR) はこれらの要件を満たしています。
実践的なヒント
- ✓ピーク電流が I_sat > 1.5倍のインダクタを選択 — 飽和状態になると、ブーストコンバータとバックコンバータで壊滅的な電流暴走が発生する
- ✓100kHz以上ではコア損失が大半を占めます。TDK材料仕様に基づく動作周波数では、損失が< 100mW/cm³ のフェライトコアを使用してください。
- ✓エナジーハーベスティングでは、L/DCR比を最大化 — Coilcraft LPS6235シリーズは、低電力アプリケーション向けに10,000 H/Ω 比を実現
よくある間違い
- ✗飽和電流 (I_sat) （ I_sat を超える場合）を無視すると、インダクタンスが30〜50％低下し、リップル電流が指数関数的に増加し、スイッチが破壊される可能性があります。
- ✗L/R時定数をスイッチング周期と混同します— τ は、連続導通モード（CCM）動作のスイッチング周期よりも5〜10倍長くなければなりません
- ✗DCR 電力損失を無視すると — 2A に 50mΩ の DCR を備えた a 10μH インダクタは P = I²R = 0.2 W を消費し、12W コンバータの効率を 1.7% 低下させます
よくある質問
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