ForHosting KIT · 開発者向けツール

反転型 buck-boost コンバータのデューティ比計算

この計算ツールは、指定した入力電圧と出力電圧の絶対値から、buck-boost コンバータが反転出力を生成するために必要な理想デューティ比を求めます。実際の出力レールが入力基準に対して負であっても、両方とも正の値をボルト単位で入力してください。連続導通モードの理想的な変換式を使用し、デューティ比を小数とパーセントで示すほか、必要な電圧比も返します。損失、部品定格、制御余裕を含める前の、回路方式の初期選定や設計確認にご利用いただけます。

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反転電源には電圧の絶対値を入力してください

コンバータの入力で利用できる電圧と、必要な出力電圧の絶対値を使用します。たとえば、正の 12 V 電源から -5 V のレールを作る場合は、input_voltage に 12、output_voltage に 5 を入力してください。-5 は入力しないでください。この式はすでに反転型を表しており、絶対値を扱います。どちらも有限かつゼロより大きい数である必要があります。計算では同じ単位を前提とし、公開フォームではボルトとして表示します。duty_cycle はゼロから1の範囲の小数で、duty_cycle_percent は同じ値を 100 倍したものです。したがって 0.294118 は、各スイッチング周期のおよそ 29.4118 パーセントがオンであることを示します。コントローラのデータシート、シミュレータ、表計算、ファームウェアへ値を移す際は、正規化値とパーセントのどちらが必要かをご確認ください。voltage_ratio は |Vout| を |Vin| で割った値であり、要求した変換比をすぐに確認できます。

理想 buck-boost の式をご確認ください

連続導通モードで動作する理想的な反転型 buck-boost コンバータでは、絶対値の関係は |Vout| / |Vin| = D / (1 - D) です。これをデューティ比について整理すると D = |Vout| / (|Vin| + |Vout|) になります。本ツールはこの式を直接評価するため、反復計算を必要とせず、常に決定的な結果を返します。出力と入力の絶対値が等しい場合、理想デューティ比は 0.5 です。出力が小さければ 0.5 未満、大きければ 0.5 を超えます。この式が表すのは理想電力段の定常変換比のみです。スイッチング周波数、リップル、インダクタ電流、スイッチの最大ストレス、効率、過渡応答は予測しません。また、連続導通とは、1周期中にインダクタ電流がゼロまで低下しないという前提です。想定負荷で実機が不連続導通になる場合は別の関係式が必要であり、この理想値を実動作のデューティ比として扱わないでください。

実設計の出発点としてお使いください

計算値は初期目標であり、完全なコンバータ設計ではありません。実際のスイッチ、ダイオード、インダクタ、コンデンサ、配線、電流検出素子には電圧降下と損失があるため、安定化された実機では通常、異なる動作デューティ比が必要です。多くのシステムでは入力電圧も変動します。希望する出力を一定にして、最小、標準、最大の各入力電圧で計算してください。その3結果が、コントローラに必要な範囲を示します。続いて、最小オン時間、最大デューティ比、スイッチング周波数、補償条件と比較してください。反転型 buck-boost のスイッチには入力と出力を合わせたストレスが加わる場合があるため、半導体の電圧・電流定格も個別に確認します。選定した周波数とインダクタンスに対するリップル電流とピーク電流も算出してください。最後に、部品特性を含むシミュレーションと、負荷、温度、電源許容差を変えた実測で検証します。API の料金は1リクエスト $0.002 で、ブラウザー版も同じ決定的な計算コアを使用します。

活用例

反転レールの初期設計

正電源から作るアナログ回路、センサー、インターフェース用の負電源について、標準デューティ比を見積もります。

入力電圧範囲の確認

コントローラを選ぶ前に、最小、標準、最大の入力電圧でデューティ比を計算します。

シミュレーションの検算

シミュレータの理想定常点を、反転型 buck-boost の解析式と比較します。

よくある質問

出力電圧を正の値で入力するのはなぜですか？

本ツールは出力の絶対値を受け取ります。極性反転は回路方式に含まれているため、負の符号付き値は受け付けません。

どの式を使用していますか？

理想的な連続導通の関係 |Vout|/|Vin| = D/(1-D) から導いた D = |Vout| / (|Vin| + |Vout|) を使用します。

ダイオードやスイッチの損失を含みますか？

含みません。理想条件での初期値です。実設計では電圧降下、抵抗、デッドタイム、制御動作を考慮してください。

不連続導通モードにも適用できますか？

適用できません。不連続導通は負荷、インダクタンス、スイッチング周波数に依存し、別のモデルが必要です。

API での計算料金はいくらですか？

API は1リクエスト $0.002 です。ブラウザーでは無料で計算することもできます。

開発者向け — APIアクセス

このページの機能はすべてAPIからも利用できます。自社システムに組み込みたいチーム向けのセクションです。それ以外の方は上のツールをそのままお使いください。

エンドポイント

POSThttps://api.kit.forhosting.com/elec/buckboost-duty

Bearerトークンで認証し、POST1回でタスクをキューに登録します。結果はWebhookまたは署名付きリンクで受け取れます。

お使いのスタックから呼び出す

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/elec/buckboost-duty \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"input_voltage":12,"output_voltage":5}'

const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/elec/buckboost-duty", {
  method: "POST",
  headers: {
    "Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
    "Content-Type": "application/json"
  },
  body: JSON.stringify({
    "input_voltage": 12,
    "output_voltage": 5
  })
});
const { task_id } = await res.json();

import os, requests

res = requests.post(
    "https://api.kit.forhosting.com/elec/buckboost-duty",
    headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
    json={
    "input_voltage": 12,
    "output_voltage": 5
},
)
task_id = res.json()["task_id"]

<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/elec/buckboost-duty", false, stream_context_create([
  "http" => [
    "method"  => "POST",
    "header"  => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
    "content" => '{"input_voltage":12,"output_voltage":5}',
  ],
]));
$task = json_decode($res, true);

body := bytes.NewBufferString(`{"input_voltage":12,"output_voltage":5}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/elec/buckboost-duty", body)
req.Header.Set("Authorization", "Bearer "+os.Getenv("KIT_KEY"))
req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
res, _ := http.DefaultClient.Do(req)

リクエスト例

{
  "input_voltage": 12,
  "output_voltage": 5
}

レスポンス例

{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "elec.buckboost_duty",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

非同期APIです。task_idは即時に返ります。ポーリングは1秒あたり1リクエストまでです。

料金

1リクエストあたり$0.002

単価はすべて公開しています。トークン換算や独自クレジットはありません。失敗したタスクは課金されません。

エラー

HTTP	コード	意味
`401`	`unauthorized`	APIキーが無効か、指定されていません。Authorizationヘッダーを確認してください。
`402`	`insufficient_balance`	残高が不足しています。チャージ後に再度お試しください。
`404`	`unknown_type`	指定されたタスクタイプは存在しません。タイプ名を確認してください。
`429`	`rate_limited`	リクエストが多すぎます。しばらく待ってから再度お試しください。

KITの完全なドキュメントを見る →