(57)【要約】【課題】ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、必要以上に大きなマージンを取る必要がなく、パワーインダクタの選定や設計の最適化を図ることが可能なパワーインダクタの評価装置を提供することを目的とする。【解決手段】パワーインダクタの評価装置１は、直流重畳特性の傾きα及び飽和電流Ｉｓａｔをパラメータとして含むパワーインダクタの等価回路モデル１１０を有するＤＣ−ＤＣコンバータのシミュレーションモデル１００を記憶する記憶部２１と、ＤＣ−ＤＣコンバータのシミュレーションモデル１００に、直流重畳特性の傾きαと飽和電流値Ｉｓａｔを入れてシミュレーションし、シミュレーション結果が設計要件（例えば許容リップル電圧やピーク電流等）を満足するか否かに基づいて、この直流重畳特性の傾きαと飽和電流値Ｉｓａｔを持つパワーインダクタの使用可否を判定する判定部２２とを備える。【選択図】  図１
2016143244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流重畳特性の傾き、及び、飽和電流をパラメータとして含むパワーインダクタの等価回路モデルを有し、ＤＣ−ＤＣコンバータを模擬する回路モデルを記憶する記憶手段と、
判定対象となるパワーインダクタの直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値、及び、許容リップル電圧並びにピーク電流の少なくともいずれか一方を含む要件の入力を受付ける受付手段と、
前記パワーインダクタの等価回路モデルを有するＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデルに、前記受付手段により受付けられた直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値を入れて演算し、演算結果が前記要件を満足するか否かに基づいて、当該直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値を持つパワーインダクタの使用可否を判定する判定手段と、を備えることを特徴とするパワーインダクタの評価装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、パワーインダクタ毎に、該パワーインダクタと該パワーインダクタの直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値とを関連付けて記憶し、
前記受付手段は、判定対象となるパワーインダクタの直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値に代えて、該パワーインダクタを特定する情報の入力を受付け、
前記判定手段は、受付けられた前記パワーインダクタを特定する情報に対応する直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値を前記記憶手段から取得し、当該パワーインダクタの使用可否を判定することを特徴とする請求項１に記載のパワーインダクタの評価装置。
【請求項３】
前記パワーインダクタの等価回路モデルは、直流重畳特性の傾きをフェルミ分布関数を用いて近似していることを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーインダクタの評価装置。
【請求項４】
複数の直流重畳特性の傾きと飽和電流値との組合せそれぞれについて判定された使用可否の結果を統合し、使用可能と判定された直流重畳特性の傾きと飽和電流値との組合せの一覧を取得する取得手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパワーインダクタの評価装置。
【請求項５】
直流重畳特性の実測値データをパラメータとして含むパワーインダクタの等価回路モデルを有し、ＤＣ−ＤＣコンバータを模擬する回路モデルを記憶する記憶手段と、
判定対象部品となるパワーインダクタの直流重畳特性の実測値データ、及び、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件、並びに許容リップル電圧とピーク電流との少なくともいずれか一方を含む要件の入力を受付ける受付手段と、
前記パワーインダクタの等価回路モデルを有するＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデルに、前記受付手段により受付けられた直流重畳特性の実測値データを入れて演算し、演算結果が前記動作条件において前記要件を満足するか否かに基づいて、当該パワーインダクタの使用可否を判定する判定手段と、を備えることを特徴とするパワーインダクタの評価装置。
【請求項６】
前記記憶手段は、パワーインダクタ毎に、該パワーインダクタと該パワーインダクタの直流重畳特性の実測値データとを関連付けて記憶し、
前記受付手段は、判定対象となるパワーインダクタの直流重畳特性の実測値データに代えて、該パワーインダクタを特定する情報の入力を受付け、
前記判定手段は、受付けられた前記パワーインダクタを特定する情報に対応する直流重畳特性の実測値データを前記記憶手段から取得し、当該パワーインダクタの使用可否を判定することを特徴とする請求項５に記載のパワーインダクタの評価装置。
【請求項７】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件を変えて判定された複数の使用可否の結果を統合し、使用可能と判定されたＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件の範囲を取得する取得手段をさらに備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のパワーインダクタの評価装置。
【請求項８】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件は、入力電圧、出力電圧、動作周波数、及び出力電流のうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項７に記載のパワーインダクタの評価装置。
【請求項９】
コンピュータを、請求項１〜８のいずれか１項に記載のパワーインダクタの評価装置として機能させることを特徴とするパワーインダクタの評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータに用いられるパワーインダクタの評価装置、及び、パワーインダクタの評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器では、例えばＩＣの低駆動電圧化と回路電流の増大化が進んでおり、変換効率に優れるチョッパ方式（スイッチング方式）のＤＣ−ＤＣコンバータが広く使用されている。チョッパ方式のＤＣ−ＤＣコンバータは、主として、スイッチング素子、パワーインダクタ、コンデンサ、及びダイオード等を組み合わせて構成され、任意の直流電圧を所望の直流電圧に降圧又は昇圧（変換）する。
【０００３】
ＤＣ−ＤＣコンバータの設計においては、例えばリップル電圧や過電流リミット等の設計要件を検証するために、回路シミュレータが活用されており、従来から、パワーインダクタを用いたＤＣ−ＤＣコンバータの種々のシミュレーション方法が提案されている（例えば、非特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｂ．Ｍ  Ｈａｓａｎｅｅｎ  ａｎｄ  Ａｄｅｌ  Ａ．Ｅｌｂａｓｅｔ  Ｍｏｈａｍｍｅｄ，”ＤＥＳＩＧＮ  ＯＦ  ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＤＣ／ＤＣ  ＢＯＯＳＴ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ”，Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００８．ＭＥＰＣＯＮ  ２００８．１２ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｉｄｄｌｅ−Ｅａｓｔ，ＩＥＥＥ，１２  Ｍａｒｃｈ  ２００８，ｐ．３３４−３４０
【非特許文献２】Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ  Ｂａｔａｒｄ，  Ｆｒｅｄｅｒｉｃ  Ｐｏｉｔｉｅｒｓ，  Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ  Ｍｉｌｌｅｔ  ａｎｄ  Ｎｉｃｏｌａｓ  Ｇｉｎｏｔ，”ＭＡＴＬＡＢ−Ａ  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ｔｏｏｌ  ｆｏｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ−Ｖｏｌｕｍｅ１（Ｃｈａｐｔｅｒ３）Ｓｉｍｕｌａｔｏｎ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍａｔｌａｂ−Ｓｉｍｕｌｉｍｋ”，ＩＮＴＥＣＨ，２６  Ｓｅｐｔｍｂｅｒ  ２０１２，ｐ．４３−６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて交流電流を抑制し、電流を平滑化するパワーインダクタは、一般的に磁性体材料が使用されるため、直流電流の重畳によりインダクタンスが変化（低下）する直流重畳特性（電流依存性）を有している。しかしながら、従来のシミュレーションでは、パワーインダクタを理想的なＲＬＧＣ素子（抵抗Ｒ、キャパシタンスＣ、インダクタンスＬ、コンダクタンスＧ）でモデル化しており、直流重畳特性が考慮されていなかった。
【０００６】
そのため、シミュレーションを用いて、例えばリップル電圧や過電流リミット等の要件を考慮して設計を行う際に、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作範囲内において直流重畳特性を無視できるパワーインダクタを選定する必要があった。その結果、ケースによっては、必要以上に大きなマージンを取る必要が生じていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、必要以上に大きなマージンを取る必要がなく、パワーインダクタの選定や設計の最適化を図ることが可能なパワーインダクタの評価装置、及び、パワーインダクタの評価プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るパワーインダクタの評価装置は、直流重畳特性の傾き、及び、飽和電流をパラメータとして含むパワーインダクタの等価回路モデルを有し、ＤＣ−ＤＣコンバータを模擬する回路モデルを記憶する記憶手段と、判定対象となるパワーインダクタの直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値、及び、許容リップル電圧並びにピーク電流の少なくともいずれか一方を含む要件の入力を受付ける受付手段と、パワーインダクタの等価回路モデルを有するＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデルに、受付手段により受付けられた直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値を入れて演算し、演算結果が上記要件を満足するか否かに基づいて、当該直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値を持つパワーインダクタの使用可否を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
ところで、直流重畳特性の傾きが大きいものは飽和電流（Ｉｓａｔ）を超えると一気に磁気飽和してしまうため、急激にインダクタンスが低下する。一方、直流重畳特性の傾きが小さいものは飽和電流を超えてもインダクタンスの低下が緩やかなため、貫通現象が生じ難い。ここで、本発明に係るパワーインダクタの評価装置によれば、パワーインダクタの直流重畳特性の傾きを考慮して所望の要件を満足するか否か、すなわち当該パワーインダクタ（直流重畳特性の傾きと飽和電流値）の使用可否を判定することができる。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、必要以上に大きなマージンを取る必要がなく、パワーインダクタの選定や設計の最適化を図ることが可能となる。その結果、従来の方法では使用不可と判定されていた例えば小型のパワーインダクタや安価なパワーインダクタを使用することができるようになる。
【００１０】
本発明に係るパワーインダクタの評価装置では、記憶手段が、パワーインダクタ毎に、該パワーインダクタと該パワーインダクタの直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値とを関連付けて記憶し、受付手段が、判定対象となるパワーインダクタの直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値に代えて、該パワーインダクタを特定する情報の入力を受付け、判定手段が、受付けられたパワーインダクタを特定する情報に対応する直流重畳特性の傾き並びに飽和電流値を記憶手段から取得し、当該パワーインダクタの使用可否を判定することが好ましい。
【００１１】
このようにすれば、評価したいパワーインダクタを特定する情報（例えば品番等）を入力することにより、当該パワーインダクタの使用可否を判定することができる。よって、パワーインダクタの直流重畳特性の傾きや飽和電流値を入力することなく、パワーインダクタの使用可否を判定することができるため、使用者の操作容易性を向上することが可能となる。
【００１２】
本発明に係るパワーインダクタの評価装置では、上記パワーインダクタの等価回路モデルが、直流重畳特性の傾きをフェルミ分布関数を用いて近似していることが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、非線形な直流重畳特性の傾きをより適切に近似する（表現する）ことが可能となる。
【００１４】
本発明に係るパワーインダクタの評価装置では、複数の直流重畳特性の傾きと飽和電流値との組合せそれぞれについて判定された使用可否の結果を統合し、使用可能と判定された直流重畳特性の傾きと飽和電流値との組合せの一覧を取得する取得手段をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
この場合、使用可能と判定された直流重畳特性の傾きと飽和電流値との組合せの一覧が取得されるため、使用者（例えばＤＣ−ＤＣコンバータの設計者）は、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、より適切なパワーインダクタを容易に選定することが可能となる。
【００１６】
本発明に係るパワーインダクタの評価装置は、直流重畳特性の実測値データをパラメータとして含むパワーインダクタの等価回路モデルを有し、ＤＣ−ＤＣコンバータを模擬する回路モデルを記憶する記憶手段と、判定対象部品となるパワーインダクタの直流重畳特性の実測値データ、及び、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件、並びに許容リップル電圧とピーク電流との少なくともいずれか一方を含む要件の入力を受付ける受付手段と、パワーインダクタの等価回路モデルを有するＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデルに、受付手段により受付けられた直流重畳特性の実測値データを入れて演算し、演算結果が上記動作条件において上記要件を満足するか否かに基づいて、当該パワーインダクタの使用可否を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るパワーインダクタの評価装置によれば、判定対象部品となるパワーインダクタの直流重畳特性の実測値データを用いて、所定の動作条件において所望の要件を満足するか否か、すなわちパワーインダクタの直流重畳特性の傾きを考慮して当該パワーインダクタの使用可否を判定することができる。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、必要以上に大きなマージンを取る必要がなく、パワーインダクタの選定や設計の最適化を図ることが可能となる。その結果、従来の方法では使用不可と判定されていた例えば小型のパワーインダクタや安価なパワーインダクタを使用することができるようになる。
【００１８】
本発明に係るパワーインダクタの評価装置では、記憶手段が、パワーインダクタ毎に、該パワーインダクタと該パワーインダクタの直流重畳特性の実測値データとを関連付けて記憶し、受付手段が、判定対象となるパワーインダクタの直流重畳特性の実測値データに代えて、該パワーインダクタを特定する情報の入力を受付け、判定手段が、受付けられたパワーインダクタを特定する情報に対応する直流重畳特性の実測値データを記憶手段から取得し、当該パワーインダクタの使用可否を判定することが好ましい。
【００１９】
このようにすれば、評価したいパワーインダクタを特定する情報（例えば品番等）を入力することにより、当該パワーインダクタの使用可否を判定することができる。よって、パワーインダクタの直流重畳特性の傾きや飽和電流値を入力することなく、パワーインダクタの使用可否を判定することができるため、使用者の操作容易性を向上することが可能となる。
【００２０】
本発明に係るパワーインダクタの評価装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件を変えて判定された複数の使用可否の結果を統合し、使用可能と判定されたＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件の範囲を取得する取得手段をさらに備えることが好ましい。
【００２１】
この場合、使用可能と判定されたＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件の範囲が取得されるため、使用者（例えばＤＣ−ＤＣコンバータの設計者）は、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、より適切なパワーインダクタを容易に選定することが可能となる。
【００２２】
その際に、本発明に係るパワーインダクタの評価装置では、上記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件が、入力電圧、出力電圧、動作周波数、及び出力電流のうち少なくともいずれか１つを含むことが好ましい。
【００２３】
この場合、使用可能な入力電圧、出力電圧、動作周波数、又は出力電流の範囲を取得することができる。よって、使用者（例えばＤＣ−ＤＣコンバータの設計者）は、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、より適切なパワーインダクタを容易に選定することが可能となる。
【００２４】
本発明に係るパワーインダクタの評価プログラムは、コンピュータを、上記いずれかのパワーインダクタの評価装置として機能させることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係るパワーインダクタの評価プログラムが実行されることにより、コンピュータが、パワーインダクタの評価装置（すなわち、記憶手段、受付手段、判定手段、及び取得手段）として機能する。その結果、上述したように、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、必要以上に大きなマージンを取る必要がなく、パワーインダクタの選定や設計の最適化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、必要以上に大きなマージンを取る必要がなく、パワーインダクタの選定や設計の最適化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係るパワーインダクタの評価装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係るパワーインダクタの評価装置で用いられるパワーインダクタの等価回路モデルが適用されたＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデルの一例を示す図である。
【図３】パワーインダクタの直流重畳特性（傾き）の例を示す図である。
【図４】第１実施形態に係るパワーインダクタの評価装置によるパワーインダクタの評価処理（使用可否判定処理）の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】実施例（条件１）のシミュレーション結果（ピーク電流Ｉｐｅａｋ）を示す図である。
【図６】実施例（条件２）のシミュレーション結果（ピーク電流Ｉｐｅａｋ）を示す図である。
【図７】第２実施形態に係るパワーインダクタの評価装置の構成を示すブロック図である。
【図８】第２実施形態に係るパワーインダクタの評価装置で用いられるパワーインダクタの等価回路モデルが適用されたＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデルの一例を示す図である。
【図９】第２実施形態に係るパワーインダクタの評価装置によるパワーインダクタの評価処理（使用可否判定処理）の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】パワーインダクタの評価プログラムを実行するコンピュータの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２９】
（第１実施形態）
まず、図１を用いて、第１実施形態に係るパワーインダクタの評価装置１の構成について説明する。図１は、パワーインダクタの評価装置１の構成を示すブロック図である。図２は、パワーインダクタの評価装置１で用いられるパワーインダクタの等価回路モデルが適用されたＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル（シミュレーションモデル）の一例を示す図である。
【００３０】
パワーインダクタの評価装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、パワーインダクタの選定や設計の最適化を図ることを支援する装置である。そのために、パワーインダクタの評価装置１は、入力受付部１０、情報処理ユニット２０、及び、表示部３０を備えている。また、情報処理ユニット２０は、記憶部２１、判定部２２、及び取得部２３を有している。
【００３１】
入力受付部１０は、例えば、キーボードやタッチパネル、ポインティングデバイス、並びに、外部からのデータ入力を受け付ける外部入力インターフェース等から構成されている。入力受付部１０は、判定対象となるパワーインダクタの直流重畳特性の傾き（パワーインダクタに流れる直流電流に応じてインダクタンスが減少する傾き）α、及び飽和電流値（直流電流が流れていないときと比較してインダクタンスが所定割合（例えば３０％）低下するときの直流電流値）Ｉｓａｔの入力を受付ける。なお、後述するように、判定対象となるパワーインダクタを特定する情報（例えば品番等）と、当該パワーインダクタの直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔとが対応付けて記憶されている場合には、直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔに代えて、入力受付部１０は、判定対象となるパワーインダクタを特定する情報（品番等）の入力を受付ける。また、入力受付部１０は、許容リップル電圧、及びピーク電流を含む設計要件の入力を受付ける。すなわち、入力受付部１０は、特許請求の範囲に記載の受付手段として機能する。
【００３２】
なお、後述するパワーインダクタの等価回路モデル１１０、及び、該等価回路モデル１１０を含むＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル１００を作成する際、又は、他で作成されたこれらのモデルを移植して記憶する際に、入力受付部１０は、モデルの作成操作、又はモデルの移植操作を受付ける。入力受付部１０により受付けられた各種情報は、情報処理ユニット２０に出力される。
【００３３】
情報処理ユニット２０は、予め記憶しているパワーインダクタの等価回路モデル１１０を含むＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル１００に、入力受付部１０を通して入力されるパワーインダクタの直流重畳特性の傾きαと飽和電流値Ｉｓａｔとを入れてシミュレーションを行い、所望の設計要件を満足するか否かに基づいて、当該直流重畳特性の傾きα並びに飽和電流値Ｉｓａｔの組（パワーインダクタ）が使用可能であるか否かについての判定（評価）を行うものである。
【００３４】
情報処理ユニット２０は、演算処理を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラムやシミュレーションモデル等の情報を記憶するＲＯＭやハードディスク（ＨＤＤ）、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、二次電池等によってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び入出力Ｉ／Ｆ等により構成されている。情報処理ユニット２０では、ＲＯＭやＨＤＤに記憶されているプログラムが、マイクロプロセッサによって実行されることにより、記憶部２１、判定部２２、及び取得部２３の機能が実現される。
【００３５】
記憶部２１は、例えば、上述したＲＯＭやＨＤＤ等により構成され、入力受付部１０により受付けられた直流重畳特性の傾きα、及び、飽和電流値Ｉｓａｔをパラメータとして含むパワーインダクタの等価回路モデル１１０と、当該パワーインダクタの等価回路モデル１１０を有し、ＤＣ−ＤＣコンバータを模擬する回路モデル（シミュレーションモデル）１００を記憶する。すなわち、記憶部２１は、特許請求の範囲に記載の記憶手段として機能する。なお、記憶部２１は、複数のパワーインダクタ毎に、該パワーインダクタと該パワーインダクタの直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔとを関連付けて予め記憶するようにしてもよい。
【００３６】
ここで、パワーインダクタの等価回路モデル１１０を含むＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル（シミュレーションモデル）１００を図２に示す。これらのモデルは、例えば、リニアテクノロジー社が提供するＬＴｓｐｉｃｅを用いて作成することができる。ただし、これらのモデルに代えて、他のシミュレータで作成したモデルや、数学的な方程式に基づいた数値的な解法等を用いてもよい。
【００３７】
本実施形態では、制御ＩＣであるリニアテクノロジー社製のＬＴＣ３６１２のＩＣモデル１２０を、パワーインダクタの等価回路モデル１１０と組み合わせて用いた。パワーインダクタの等価回路モデル１１０は、直流が重畳しない場合の特性を反映した基本回路に、電流に依存して変化するＬとＲの影響を電圧に換算する素子である電圧源モデル（電流制御電圧源）を追加した構成とし、直流重畳特性の傾きα及び飽和電流Ｉｓａｔを指定できるものである。また、本実施形態では、直流重畳特性の傾きαをフェルミ分布関数を用いて近似した。より具体的には、次式（１）が実測した直流重畳特性と一致するようにαを決定した。
【数１】
2016143244.tif 000003
ここで、Ｌ１は初期インダクタンス、Ｌ２は飽和後のインダクタンス、Ｉｓａｔはインダクタンスが３０％低下するときの電流値（飽和電流値）である。また、βは次式（２）から求められる。
【数２】
2016143244.tif 000004
【００３８】
ここで、上述したように求められるパワーインダクタの直流重畳特性（傾きα）の例を図３に示す。図３の横軸はパワーインダクタを流れる直流電流値（Ａ）であり、縦軸はインダクタンス（μＨ）である。図３では、傾きαが異なる（α１からα３２まで）６種類のパワーインダクタの直流重畳特性を示した。図３に示した例では、それぞれのパワーインダクタは、流れる直流電流の増加によって低下するインダクタンスの傾きαが異なるが、インダクタンスが３０％低下するときの電流値（飽和電流値Ｉｓａｔ）は同じ値（３Ａ）となっている。なお、ここで、従来の評価手法では、これらの傾きαの違いは考慮されず、飽和電流値Ｉｓａｔのみでパワーインダクタの使用可否が判断されていた。
【００３９】
図１に戻り、判定部２２は、パワーインダクタの等価回路モデル１１０を有するＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル１００に、直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔを入れてシミュレーション（演算）し、そのシミュレーション（演算）結果が所望の設計要件（例えばリップル電圧やピーク電流等）を満足するか否かに基づいて、当該直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔの組合せ（パワーインダクタ）の使用可否を判定する。すなわち、判定部２２は、特許請求の範囲に記載の判定手段として機能する。
【００４０】
なお、判定対象となるパワーインダクタを特定する情報（例えば品番等）と、当該パワーインダクタの直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔとが対応付けて記憶されている場合には、判定部２２は、受付けられたパワーインダクタを特定する情報（例えば品番等）に対応する直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔを記憶部２１から取得し、当該直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔの組合せ（パワーインダクタ）の使用可否を判定する。なお、判定部２２による判定結果は、取得部２３に出力される。
【００４１】
取得部２３は、複数の直流重畳特性の傾きαと飽和電流値Ｉｓａｔとの組合せそれぞれについて判定された使用可否の結果を統合（集計）し、使用可能と判定された直流重畳特性の傾きαと飽和電流値Ｉｓａｔとの組合せの一覧を取得する（後述する表２，３参照）。すなわち、取得部３５は、特許請求の範囲に記載の取得手段として機能する。なお、判定部２２による判定結果や取得部２３により取得された一覧表は、表示部３０に出力される。
【００４２】
表示部３０は、例えば、ＬＣＤディスプレイなどから構成され、判定部２２による判定結果や取得部２３により取得された一覧表などを表示する。また、表示部３０は、入力受付部１０によって受け付けられた入力データなども表示する。
【００４３】
次に、図４を参照しつつ、パワーインダクタの評価装置１の動作について説明する。図４は、パワーインダクタの評価装置１によるパワーインダクタの評価処理（使用可否判定処理）の処理手順を示すフローチャートである。
【００４４】
ステップＳ１００では、パワーインダクタの等価回路モデル１１０、及び該等価回路モデル１１０を有するＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル１００（入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、動作周波数Ｆｒｅｑ、出力電流Ｉｏｕｔ）が作成されて（又は外部から入力されて）記憶される。
【００４５】
続いて、ステップＳ１０２において、許容可能なリップル電圧及びピーク電流等が入力（指定）される。また、ステップＳ１０４において、パワーインダクタの直流重畳特性の傾きα及び飽和電流Ｉｓａｔが入力（指定）される。
【００４６】
次に、ステップＳ１０６では、パワーインダクタの等価回路モデル１１０を有するＤＣ−ＤＣコンバータのシミュレーション回路１００に、パワーインダクタの直流重畳特性の傾きα及び飽和電流Ｉｓａｔを入れてシミュレーションが実行される。そして、シミュレーション（演算）結果が所望の設計要件（リップル電圧やピーク電流等）を満足するか否かに基づいて、当該直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔの組合せ（パワーインダクタ）の使用可否が判定される。
【００４７】
続いて、ステップＳ１０８では、パワーインダクタの直流重畳特性の傾きα及び飽和電流Ｉｓａｔがスイープされて、上述したステップＳ１０６と同様にして、直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔの組合せ（パワーインダクタ）の使用可否が判定される。
【００４８】
そして、ステップＳ１１０では、ステップＳ１０６及びステップＳ１０８で得られた評価結果（直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔの組合せの使用可否の一覧表（表２，３参照））などが出力され、表示部３０に表示される。その後、本処理が終了する。
【００４９】
（実施例）
ここで、表１に示される動作条件（条件１、条件２）を有する２種類のＤＣ−ＤＣコンバータに対して、直流重畳特性の傾きαと飽和電流値Ｉｓａｔを用いて、パワーインダクタの使用可否を判定した。なお、判定には、図２に示したＤＣ−ＤＣコンバータのシミュレーションモデル１００を用いた。また、判定基準は、パワーインダクタ内のピーク電流ＩｐｅａｋがＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止する限界電流（表１参照）に至るか否かとした。
【表１】
2016143244.tif 000005
【００５０】
条件１に対して、パワーインダクタの飽和電流Ｉｓａｔを最大出力電流である２（Ａ）を中心に、１．５（Ａ）〜２．５（Ａ）、直流重畳特性の傾きαを１〜３２まで変化させた場合の、パワーインダクタ内のピーク電流Ｉｐｅａｋのシミュレーション結果を図５に示す。また、直流重畳特性の傾きα毎のパワーインダクタの使用可否をまとめた一覧表を表２に示す。
【００５１】
図５の横軸は飽和電流Ｉｓａｔ（Ａ）であり、縦軸はピーク電流Ｉｐｅａｋ（Ａ）である。図５に示されるように、直流重畳特性の傾きαが２以下の場合、飽和電流値Ｉｓａｔが最大電流を５００（ｍＡ）下回っても誤動作を起こすことなく使用できることが確認された。また、傾きα毎に使用可能な飽和電流値Ｉｓａｔが異なることが確認された。
【００５２】
すなわち、表２に示されるように、傾きαが８の場合には、飽和電流値Ｉｓａｔが１．９（Ａ）でも使用可能であることが確認された。また、傾きαが１，２，４の場合には、飽和電流Ｉｓａｔが１．５（Ａ）でも使用可能であることが確認された。なお、傾きαを考慮しない従来の方法では、飽和電流Ｉｓａｔが２．１（Ａ）以下のものはすべて使用不能と判断されていた。
【表２】
2016143244.tif 000006
【００５３】
同様に、条件２に対して、パワーインダクタの飽和電流Ｉｓａｔを最大出力電流である１．５（Ａ）を中心に、１．０（Ａ）〜２．０（Ａ）、直流重畳特性の傾きαを１〜３２まで変化させた場合の、パワーインダクタ内のピーク電流Ｉｐｅａｋのシミュレーション結果を図６に示す。また、直流重畳特性の傾きα毎のパワーインダクタの使用可否をまとめた一覧表を表３に示す。
【００５４】
図６の横軸は飽和電流Ｉｓａｔ（Ａ）であり、縦軸はピーク電流Ｉｐｅａｋ（Ａ）である。図６に示されるように、直流重畳特性の傾きαが２以下の場合、飽和電流値Ｉｓａｔが最大電流を５００（ｍＡ）下回っても誤動作を起こすことなく使用できることが確認された。また、傾きα毎に使用可能な飽和電流値Ｉｓａｔが異なることが確認された。
【００５５】
すなわち、表３に示されるように、傾きαが４の場合には、飽和電流値Ｉｓａｔが１．２（Ａ）でも使用可能であることが確認された。また、傾きαが１，２の場合には、飽和電流Ｉｓａｔが１．０（Ａ）でも使用可能であることが確認された。なお、傾きαを考慮しない従来の方法では、飽和電流Ｉｓａｔが１．４（Ａ）以下のものはすべて使用不能と判断されていた。
【表３】
2016143244.tif 000007
【００５６】
以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、パワーインダクタの直流重畳特性の傾きαを考慮して所望の設計要件を満足するか否か、すなわち当該パワーインダクタの使用可否を判定することができる。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、必要以上に大きなマージンを取る必要がなく、より適切なパワーインダクタを選定することが可能となる。その結果、従来の方法では使用不可と判定されていた例えば小型のパワーインダクタや安価なパワーインダクタを使用することができるようになる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、評価したいパワーインダクタを特定する情報（例えば品番等）を入力することにより、当該パワーインダクタの使用可否を判定することができる。よって、パワーインダクタの直流重畳特性の傾きαや飽和電流値Ｉｓａｔを入力することなく、パワーインダクタの使用可否を判定することができるため、使用者の操作容易性を向上することが可能となる。
【００５８】
本実施形態によれば、パワーインダクタの直流重畳特性の傾きαがフェルミ分布関数を用いて近似されているため、非線形な直流重畳特性の傾きαをより適切に近似する（表現する）ことが可能となる。
【００５９】
本実施形態によれば、使用可能と判定された直流重畳特性の傾きαと飽和電流値Ｉｓａｔとの組合せの一覧が取得されるため、使用者（例えばＤＣ−ＤＣコンバータの設計者）は、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、より適切なパワーインダクタを容易に選定することが可能となる。
【００６０】
（第２実施形態）
上述した第１実施形態に係るパワーインダクタの評価装置１では、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル１００に直流重畳特性の傾きα及び飽和電流Ｉｓａｔを入力するようにしたが、直流重畳特性の実測値を入力する構成としてもよい。また、上述したパワーインダクタの評価装置１では、直流重畳特性の傾きαと飽和電流Ｉｓａｔの組が使用可能か否かを判定・出力したが、上記直流重畳特性の実測値（パワーインダクタ）で使用可能なＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件（例えば出力電流Ｉｏｕｔ）の範囲を判定・出力する構成とすることもできる。
【００６１】
そこで、次に、図７，８を併せて用いて、第２実施形態に係るパワーインダクタの評価装置２について説明する。ここでは、上述した第１実施形態に係るパワーインダクタの評価装置１と同一・同様な構成については説明を簡略化又は省略し、異なる点を主に説明する。図７は、第２実施形態に係るパワーインダクタの評価装置２の構成を示すブロック図である。また、図８は、パワーインダクタの評価装置２で用いられるパワーインダクタの等価回路モデルが適用されたＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデルの一例を示す図である。なお、図７，８において第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号が付されている。
【００６２】
パワーインダクタの評価装置２は、情報処理ユニット２０に代えて、情報処理ユニット２０Ｂを備えている点で、上述したパワーインダクタの評価装置１と異なっている。また、情報処理ユニット２０Ｂは、記憶部２１に代えて記憶部２１Ｂを備えており、判定部２２に代えて判定部２２Ｂを備えており、取得部２３に代えて取得部２３Ｂを備えている点で、情報処理ユニット２０と異なっている。その他の構成は、上述したパワーインダクタの評価装置１と同一又は同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６３】
入力受付部１０は、判定対象部品となるパワーインダクタの直流重畳特性の実測値データを受付ける。なお、判定対象となるパワーインダクタを特定する情報（例えば品番等）と、当該パワーインダクタの直流重畳特性の実測値データとが対応付けて記憶されている場合には、実測値データに代えて、入力受付部１０は、判定対象となるパワーインダクタを特定する情報（品番等）の入力を受付ける。また、入力受付部１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件、及び、許容リップル電圧やピーク電流等の設計要件の入力を受付ける。
【００６４】
情報処理ユニット２０Ｂは、予め記憶しているパワーインダクタの等価回路モデル１１０Ｂを含むＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル１００Ｂに、パワーインダクタの直流重畳特性の実測値データを入れてシミュレーション（演算）を行い、所定のＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件において所望の設計要件を満足するか否かに基づいて、当該パワーインダクタが使用可能であるか否かについての判定（評価）を行うものである。また、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件をスイープして、同様の判定を行い、あるパワーインダクタを対象として、パワーインダクタ電流のリップル及びパワーインダクタ内のピーク電流が所望のスペックを満たすＤＣ−ＤＣコンバータの一覧を取得する。
【００６５】
記憶部２１Ｂは、入力受付部１０により受付けられた直流重畳特性の実測値データ、及び、直流重畳特性の実測値データをパラメータとして指定できるパワーインダクタの等価回路モデル１１０Ｂを有し、ＤＣ−ＤＣコンバータを模擬する回路モデル（シミュレーションモデル）１００Ｂを記憶する。なお、記憶部２１Ｂは、複数のパワーインダクタ毎に、該パワーインダクタと該パワーインダクタの直流重畳特性の実測値データとを関連付けて予め記憶するようにしてもよい。
【００６６】
ここで、パワーインダクタの等価回路モデル１１０Ｂを含むＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル（シミュレーションモデル）１００Ｂを図８に示す。ＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル１００Ｂは、上述した回路モデル１００に対して、直流重畳特性の実測値データを取り扱えるようにしたものである。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル１００Ｂでは、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、動作周波数Ｆｒｅｑ、出力電流Ｉｏｕｔ等の動作条件を変数として取り扱えるようにされている。ただし、これらのモデルに代えて、他のシミュレータで作成したモデルや、数学的な方程式に基づいた数値的な解法等を用いてもよい。
【００６７】
判定部２２Ｂは、パワーインダクタの等価回路モデル１１０Ｂを有するＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル１００Ｂに、直流重畳特性の実測値データを入れてシミュレーション（演算）し、そのシミュレーション（演算）結果がＤＣ−ＤＣコンバータの所定の動作条件（例えば出力電流Ｉｏｕｔ等）おいて所望の設計要件（例えば許容可能なリップル電圧やピーク電流等）を満足するか否かに基づいて、当該パワーインダクタ（判定対象部品）の使用可否を判定する。
【００６８】
なお、判定対象となるパワーインダクタを特定する情報（例えば品番等）と、当該パワーインダクタの直流重畳特性の実測値データとが対応付けて記憶されている場合には、判定部２２Ｂは、受付けられたパワーインダクタを特定する情報（例えば品番等）に対応する直流重畳特性の実測値データを記憶部２１Ｂから取得し、当該直流重畳特性の実測値データ（パワーインダクタ）の使用可否を判定する。なお、判定部２２Ｂによる判定結果は、取得部２３Ｂに出力される。
【００６９】
取得部２３Ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件を変えて判定された複数の使用可否の結果を統合（集計）し、使用可能と判定されたＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件の範囲を取得する（後述する表６参照）。なお、判定部２２Ｂによる判定結果や取得部２３Ｂにより取得された一覧表は、表示部３０に出力される。
【００７０】
次に、図９を参照しつつ、パワーインダクタの評価装置２の動作について説明する。図９は、パワーインダクタの評価装置２によるパワーインダクタの評価処理（使用可否判定処理）の処理手順を示すフローチャートである。
【００７１】
ステップＳ２００では、パワーインダクタの等価回路モデル１１０Ｂ、及び該等価回路モデル１１０Ｂを有するＤＣ−ＤＣコンバータのシミュレーション回路１００Ｂ（入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、動作周波数Ｆｒｅｑ、出力電流Ｉｏｕｔ）が作成されて（又は外部から入力されて）記憶される。
【００７２】
続いて、ステップＳ２０２において、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件（例えば出力電流Ｉｏｕｔ）、及び、許容可能なリップル電圧やピーク電流等の設計要件が入力（指定）される。また、ステップＳ２０４において、パワーインダクタの直流重畳特性の実測値データが入力（指定）される。
【００７３】
次に、ステップＳ２０６では、パワーインダクタの等価回路を有するＤＣ−ＤＣコンバータのシミュレーション回路１００Ｂに、パワーインダクタの直流重畳特性の実測値データを入れてシミュレーション（演算）が実行される。そして、シミュレーション（演算）結果が、所定の動作条件（例えば出力電流Ｉｏｕｔ）において所望の設計要件（リップル電圧やピーク電流等）を満足するか否かに基づいて、当該直流重畳特性の実測値データ（パワーインダクタ）の使用可否が判定される。
【００７４】
続いて、ステップＳ２０８では、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件がスイープされて、上述したステップＳ２０６と同様にして、直流重畳特性の実測値データ（パワーインダクタ）の使用可否が判定される。
【００７５】
そして、ステップＳ２１０では、ステップＳ２０６及びステップＳ２０８で得られた評価結果（パワーインダクタの使用可能なＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件の範囲（表６参照）などが出力され、表示部３０に表示される。その後、本処理が終了する。
【００７６】
（実施例）
ここで、表４に示されるように、サイズ、飽和電流Ｉａｓｔ、及び直流重畳特性の傾きαが異なる６種類のパワーインダクタ（サンプル１〜６）を対象とし、表５に示されるＤＣ−ＤＣコンバータのスペック（条件）に対して、限界電流（出力電流＋１Ａに設定）を満たすことができる出力電流Ｉｏｕｔの範囲を計算した。なお、判定には、図８に示したＤＣ−ＤＣコンバータのシミュレーションモデル１００Ｂを用いた。
【表４】
2016143244.tif 000008
【表５】
2016143244.tif 000009
【００７７】
シミュレーションにより、限界電流を超えない出力電流Ｉｏｕｔを計算した結果を表６に示す。表６に示されるように、例えば傾きαが小さいサンプル１（Ｉｓａｔ１．５Ａ、α２）は、従来の評価では１．５（Ａ）までしか使用できなかったが、本実施例の評価では、２．２５（Ａ）まで使用できることが確認された。また、サンプル３（Ｉｓａｔ２Ａ、α２）は、従来の評価では２（Ａ）までしか使用できなかったが、本実施例の評価では、２．７５（Ａ）まで使用できることが確認された。同様に、サンプル５（Ｉｓａｔ２．５Ａ、α２）は、従来の評価では２．５（Ａ）までしか使用できなかったが、本実施例の評価では、３．０（Ａ）まで使用できることが確認された。なお、傾きαが大きいサンプル２，４，６では、従来の評価と同じ範囲までしか使用できないことも確認された。
【００７８】
【表６】
2016143244.tif 000010
【００７９】
以上のように、本実施形態によれば、判定対象部品となるパワーインダクタの直流重畳特性の実測値データを用いて所定の動作条件（スペック）において所望の設計要件を満足するか否か、すなわちパワーインダクタの直流重畳特性の傾きを考慮して当該パワーインダクタの使用可否を判定することができる。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、必要以上に大きなマージンを取る必要がなく、より適切なパワーインダクタを選定することが可能となる。その結果、従来の方法では使用不可と判定されていた例えば小型のパワーインダクタや安価なパワーインダクタを使用することができるようになる。
【００８０】
また、本実施形態によれば、評価したいパワーインダクタを特定する情報（例えば品番等）を入力することにより、当該パワーインダクタの使用可否を判定することができる。よって、この場合、パワーインダクタの直流重畳特性の実測値データを入力することなく、パワーインダクタの使用可否を判定することができるため、使用者の操作容易性を向上することが可能となる。
【００８１】
特に、本実施形態によれば、使用可能と判定されたＤＣ−ＤＣコンバータの動作条件（スペック）の範囲が取得されるため、使用者（例えばＤＣ−ＤＣコンバータの設計者）は、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、より適切なパワーインダクタを容易に選定することが可能となる。
【００８２】
次に、図１０を参照しつつ、コンピュータを、上述したパワーインダクタの評価装置１（又は２）として機能させるパワーインダクタの評価プログラムについて説明する。図１０は、パワーインダクタの評価プログラムを実行するためのコンピュータ５の構成を示すブロック図である。
【００８３】
コンピュータ５は、パワーインダクタの評価プログラム５２の実行等を制御する制御部（ＣＰＵ）５０と、パワーインダクタの評価プログラム５２等が記憶されたハードディスク５１と、メモリ（ＲＡＭ）５３と、ディスプレイ等から成る表示部５４と、キーボード等から成る入力部５５と、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録されたプログラム等を読み取り可能な読取装置５６と、ＬＡＮボードから成るＬＡＮインターフェース５７とを備えている。ここで、例えば、読取装置５６により読み取られハードディスク５１に記憶（インストール）されたパワーインダクタの評価プログラム５２が実行されることにより、コンピュータ５が、上述したパワーインダクタの評価装置１を構成する入力受付部１０、記憶部２１（２１Ｂ）、判定部２２（２２Ｂ）、取得部２３（２３Ｂ）、及び表示部３０として機能する。
【００８４】
本実施形態によれば、パワーインダクタの評価プログラム５２が実行されることにより、コンピュータ５が、パワーインダクタの評価装置１（すなわち、入力受付部１０、記憶部２１、判定部２２、及び取得部２３）として機能する。その結果、上述したように、ＤＣ−ＤＣコンバータの設計に際し、必要以上に大きなマージンを取る必要がなく、パワーインダクタの選定や設計の最適化を図ることが可能となる。
【００８５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、直流重畳特性の傾きαをフェルミ分布関数を用いて近似したが、傾きαの近似方法（表現方法）はフェルミ分布関数を用いる方法には限られない。
【００８６】
また、上記第２実施形態では、直流重畳特性の実測値データを用いて、使用可能なＤＣ−ＤＣコンバータの動作範囲を取得したが、直流重畳特性の傾きα及び飽和電流値Ｉｓａｔを用いて、使用可能なＤＣ−ＤＣコンバータの動作範囲を取得する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１，２  パワーインダクタの評価装置
５  コンピュータ
１０  入力受付部
２０，２０Ｂ  情報処理ユニット
２１，２１Ｂ  記憶部
２２，２２Ｂ  判定部
２３，２３Ｂ  取得部
３０  表示部
５０  制御部
５１  ハードディスク
５２  パワーインダクタの評価プログラム
５３  メモリ
５４  表示部
５５  入力部
５６  読取装置
１００，１００Ｂ  ＤＣ−ＤＣコンバータの回路モデル（シミュレーションモデル）
１１０，１１０Ｂ  パワーインダクタの等価回路モデル
【図１】
2016143244.tif 000011
【図２】
2016143244.tif 000012
【図３】
2016143244.tif 000013
【図４】
2016143244.tif 000014
【図５】
2016143244.tif 000015
【図６】
2016143244.tif 000016
【図７】
2016143244.tif 000017
【図８】
2016143244.tif 000018
【図９】
2016143244.tif 000019
【図１０】
2016143244.tif 000020