電源ICを知るための第一歩！ | ⑤電源ICの重要性能　効率って何？

効率は電源の「入力電力に対する出力電力の割合」を表した電源の性能を示す重要なパラメーターです。
高効率であればあるほど、電力を変換する際に生じる消費電力が小さいことを表しており、低損失で発熱の小さい優れた電源になります。
LDO、スイッチング電源の効率は以下の式で算出できます。

          効率 η [％] = (出力電力 / 入力電力) ×100
                   　  = (出力電圧 Vout × 出力電流 Iout) / (入力電圧 Vin × 出力電流 Iin) ×100　・・・(式1)
        

図1. 電源の効率計算で必要なパラメータ

式(1)から分かるように、効率を計算するためには入出力電流、入出力電圧の測定値が必要です。
各電圧/電流はマルチメーターを使用して測定しますが、測定対象物から離れた位置で測定してしまうと、ケーブルや配線などによって生じる損失を含んだ値になってしまい計算結果は実際よりも低い効率になってしまうことがあります。
そのため、測定対象物の直近で各電圧/電流を測定することが大切です。

図2. 正しい効率測定の例

図3. 誤った効率測定の例

LDOの場合、IoutがLDOの自己消費電流よりも十分に大きい時、Iin≒Ioutの関係が成り立ちます。
従って、式(1)は

    効率 η [％] = (出力電力 / 入力電力) ×100
                 = (出力電圧 Vout  / 入力電圧 Vin) ×100　・・・(式2)
    
  
  

と表すことができ、単純に出力電圧と入力電圧の比率が効率になることが分かります。
つまり、LDOは入力電圧と出力電圧の差が大きくなればなるほど、効率が悪くなります。

図4. LDOの効率計算の例

一方でスイッチング電源はLDOとは異なりIin ≠ Ioutにならず、入出力等の仕様条件によりますが、入力電圧と出力電圧の差が大きくても90%以上の効率を得ることができます。

図5. スイッチング電源の効率例　シミュレーション結果