フライバック電圧の発生原理

【初心者向け】フライバック電圧の「発生原理」や「対策」について解説します!

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困っている人

マイコンやICを勉強していく中で「フライバック電圧」というワードをよく耳にする。
どんな電圧なの?

こんな疑問を解消します。

私は大学院を修了し、大手自動車部品メーカーの『電子回路設計の部署』で働いています。

大学時代は情報系専攻だったため、電子回路を基礎から勉強している最中です。

 
そこで今回は、『フライバック電圧の発生原理や対策』について解説します!
 

本記事の内容・ フライバック電圧とは
・ どんな場合に発生するか
・ なぜ発生するか
・ フライバック対策の還流ダイオード
・ まとめ
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フライバック電圧とは

テスター

フライバック電圧とは、コイルとスイッチで構成された回路において、スイッチOFF時にコイルに発生する『瞬間的な高電圧』を指します。

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もっぷ

『サージ電圧』と呼ばれる事もあり、一般的にはこっちの呼ばれ方が多いです。

 

どんな場合に発生するか

電子回路
では、フライバック電圧の発生原理をシミュレーションソフトで具体的に見てみましょう。

【回路構成】

フライバック電圧回路

NPNトランジスタのベースに電流が流れると、スイッチONとなり10V電源からコイルに電流が流れる仕組みとなっています。

反対として、ベースに電流が流れないと、スイッチOFFとなりコイルに電流が流れません。
 

【入出力電圧】
*vin:スイッチONするための入力電圧、vout:スイッチに出力される電圧

フライバック電圧回路_入出力電圧

『スイッチがオフした瞬間、約400KVの高電圧が発生している』ことが分かりますね。
(1s、3s、5s、7s、9s)

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もっぷ

この一瞬だけ発生しているのが『フライバック電圧』です。

 

なぜ発生するのか

教科書
コイルには『電流が流れていた場合に、急に電流が流れなくなると、そのまま電流を流そうとする性質』があります。

しかし、スイッチはOFFになると『無限大の抵抗』になりますよね。

 
「電圧 = 電流×抵抗」であるため、『発生電圧も理論上無限大になる』のです。

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もっぷ

この高電圧が『フライバック電圧』と呼ばれます。

 
スイッチOFF時にスイッチに高電圧(フライバック電圧)が印加されることが分かりました。

しかし、フライバック電圧がスイッチに印加されると、スイッチ故障の恐れそうですよね。

 
そのため、『フライバック電圧を逃がす道』を作らなければなりません。

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もっぷ

そこで一般的に用いられるのが『還流ダイオード』です。

 

フライバック電圧からスイッチを保護するための「還流ダイオード」

LEDダイオード

還流ダイオードは『スイッチがオフした瞬間、フライバック電圧を逃がす道をつくる』ことにより、スイッチの故障を防ぎます。

では、具体系に回路で還流ダイオードを実装した場合を見てみましょう。

 
下図のように『コイルの両端にダイオードを実装するだけ』です。

【還流ダイオードを実装した回路】

フライバック電圧_還流ダイオード回路

スイッチがOFFした瞬間にコイルから流れる電流が、スイッチではなく還流ダイオードを流れる仕組みとなっています。

【入出力電圧】
*vin:入力電圧、vout:出力電圧

フライバック電圧_還流ダイオード回路_入出力電圧

『スイッチがオフした瞬間、約400KVのフライバック電圧がかかっていない』ことが分かりますね。

コイルからの電流がスイッチに流れなくなったためです。

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もっぷ

このように、スイッチとコイルの回路を構成する場合、必ず還流ダイオードのような保護回路を実装しましょう。

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まとめ

まとめ

まとめ

・ フライバック電圧とは、コイルとスイッチで構成された回路において、スイッチOFF時にコイルに発生する瞬間的な高電圧のことである。

・ フライバック電圧がスイッチに印加されると、スイッチ故障の恐れがある。

・ スイッチとコイルの回路を構成をする場合、還流ダイオードのような保護回路をコイルの両端に実装する必要がある。

 
いかがでしたでしょうか。

『スイッチOFF時は無限大の抵抗になる』という点がポイントでした。

この記事が皆さんのお役に立てば幸いです。

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