昇圧コンバータ計算
入力12 V、デューティ比0.5の理想的な昇圧コンバータは24 Vを出力し、利得は2です。入力電圧とデューティ比を小数で入力すると、出力、利得、式が分かり、実験ノートにそのまま写せます。ブラウザで無料で使えます。
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計算例
- Vin
- 12
- デューティ比
- 0.5
- 出力電圧 (Vout)
- 24
- 電圧ゲイン
- 2
- 方程式
- Vout = 12 / (1 − 0.5) = 24 V
- 単位電圧
- V
理想昇圧コンバータ（ステップアップ DC–DC コンバータ）は、インダクタをダイオードとコンデンサの網へ切り替えることで、直流入力電圧 Vin をより高い直流出力電圧 Vout へ上げます。損失のない部品での連続導通では、インダクタのボルト秒バランスから教科書の恒等式、すなわち Vout はスイッチのデューティ比 D を一から引いた値で Vin を割ったものになります。この計算機は有限の入力電圧と、零から一の間のデューティ比を受け取り、昇圧された出力電圧、一引く D の逆数である電圧利得、実験ノートへコピーできる短い数式文字列を返します。負の入力電圧は拒否します。この初等モデルは昇圧段を饋電する単極性直流源であり、交流インバータではないからです。デューティ比がちょうど一の場合も拒否します。一引く D が零になり、理想利得が無限になるためです。
理想昇圧の公式 Vout = Vin / (1 − D) が成り立つ理由
スイッチング周期 T の D 倍のオン区間ではトランジスタが閉じてインダクタが直流源に接続され、インダクタ電流は電圧 Vin の下で増加します。T の (1 − D) 倍のオフ区間ではスイッチが開き、インダクタ電流はダイオードを通って出力コンデンサと負荷へ続き、インダクタ電圧は Vin 引く Vout になります。
出力がすでに入力を超えていればこの電圧は負です。周期定常では一周期あたりのインダクタの正味ボルト秒は零でなければならず、そうでなければ磁化電流は際限なく歩いてしまいます。その釣り合いは Vin かける D かける T に、(Vin 引く Vout) かける (1 − D) かける T を足したものが零、です。
共通の周期 T を消し、第二項を展開して同類項をまとめると、Vin かける D 足す Vin 引く Vin かける D 引く Vout 足す Vout かける D が零となり、Vin は Vout かける (1 − D) に、したがって Vout は Vin を (1 − D) で割った値になります。
電圧変換比 M は Vout を Vin で割った値、すなわち一を (1 − D) で割った値であり、デューティ比が零を含み一を含まない半開区間にある限り常に一以上です。D が零ならスイッチは決して入らず Vout は Vin に等しく、D が一へ近づくと理想利得は際限なく伸びます。
実機のコンバータには巻線抵抗・スイッチ降下・ダイオード降下・不連続導通の境界があり、実際に得られる電圧は下がりますが、それらの損失はこの初等恒等式の外です。
昇圧コンバータ計算機が役立つ現場
パワーエレクトロニクスの実験では、ブレッドボードや PWM 制御 MOSFET モジュールで組む前に昇圧段の理想出力を予測させます。Vin を (1 − D) で割って返す信頼できる神託は、予習計算と、算術の取り違えを隠してしまう宿題の自動採点を速めます。
昇圧 LED ドライバ、単セルリチウムからの USB-C 昇圧レール、電池から十二ボルトへの変換をプログラムする組み込みファームウェアは、改訂のたびに SPICE デッキを立てずに、閉形式の期待電圧を単体試験へ必要とすることが多いです。
再エネノートは最大電力点の歩みで選んだデューティ比から、太陽光発電ストリング電圧をバス電圧へ換算し、表を壊す黙った無限ではなく、デューティ比が一のときの正直な拒否を求めます。検証失敗は残高を消費しません。実機では D を一から離してください。
デューティ比が一へ近づくとインダクタ電流とスイッチ応力が増し、寄生抵抗が理論上の無限利得を潰します。この機能は連続導通の理想恒等式だけを報告し、インダクタの寸法、スイッチング周波数の選定、不連続導通・リプル・効率のモデル化は行いません。それらの問いは専用のコンバータ設計ランディングへ回し、この検索意図を鋭く保ってください。
活用例
パワーエレクトロニクス実験と宿題
ブレッドボードや MOSFET モジュール実験の前に理想出力 Vout = Vin / (1 − D) を予測し、学生のデューティ比計算を決定的な神託で採点します。
昇圧レールのファームウェア試験
LED ドライバ、USB-C 昇圧、電池から 12 V への変換の期待バス電圧を、改訂ごとに SPICE デッキを立てずに単体試験で断言します。
PV と MPPT のノート
太陽光発電ストリング電圧と選んだスイッチデューティ比を、最大電力点の歩みで示唆される直流バス電圧へ換算します。
よくある質問
デューティ比が 0 と 1 の間にない場合はどうなりますか？
デューティ比はスイッチのオン時間割合 D でありパーセントではありません。0 未満や 1 超、およびちょうど 1（理想利得が無限）は拒否され、課金されません。
インダクタ・ダイオード・スイッチの損失は含まれますか？
含まれません。 損失のない連続導通の恒等式 Vout = Vin / (1 − D) だけを報告します。寄生抵抗、ダイオード降下、不連続導通、効率はコンバータ設計のランディングの領域です。
デューティ比は50と0.5のどちらで入力しますか？
0.5のように割合で入力します。0.5はスイッチが各周期の半分だけオンになることを意味します。50と入力すると受け付けないので、パーセントを割合と取り違える心配はありません。
入力電圧にゼロや負の値を使えますか？
ゼロは入力でき、出力もゼロになります。このモデルは昇圧段に電力を送る片極性の直流電源を表しており、インバータではないため、負の入力電圧は受け付けません。
出力電圧が入力より高くなるのはなぜですか？
オンの間は電源がインダクタを充電し、オフの間はその電流がダイオードを通って出力へ流れ続けます。定常状態では1周期ごとにインダクタの電圧と時間の積がつり合う必要があり、その結果、出力が入力より高くなります。
関連ツール
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
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/phys/boost-converter \
-H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
-H "Content-Type: application/json" \
-d '{"vin":12,"duty_cycle":0.5}'const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/phys/boost-converter", {
method: "POST",
headers: {
"Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
"Content-Type": "application/json"
},
body: JSON.stringify({
"vin": 12,
"duty_cycle": 0.5
})
});
const { task_id } = await res.json();import os, requests
res = requests.post(
"https://api.kit.forhosting.com/phys/boost-converter",
headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
json={
"vin": 12,
"duty_cycle": 0.5
},
)
task_id = res.json()["task_id"]<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/phys/boost-converter", false, stream_context_create([
"http" => [
"method" => "POST",
"header" => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
"content" => '{"vin":12,"duty_cycle":0.5}',
],
]));
$task = json_decode($res, true);body := bytes.NewBufferString(`{"vin":12,"duty_cycle":0.5}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/phys/boost-converter", 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
{
"vin": 12,
"duty_cycle": 0.5
}レスポンス例
{
"task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
"type": "phys.boost_converter",
"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
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。 |
技術的な注記
理想昇圧の公式 Vout = Vin / (1 − D) が成り立つ理由
実装はネットワーク呼び出しも乱数種も壁時計もなく、決定的な浮動小数点演算なので、同一入力は常に同一の JSON を返します。
入力契約、応答の形、エラー時の振る舞い
必須の有限数を二つ送ってください。デューティ側は duty、d、D です。vin が真に負なら、負の源電圧はこの単極性昇圧モデルの外なので失敗します。零は許され、出力も零になります。デューティ比は割合でありパーセントではありません。D が 0.5 ならオン時間は五十パーセントで、値 50 は拒否されます。vin はボルト単位の直流入力電圧、duty_cycle はスイッチのオン時間割合 D です。別名も受け付けます。 入力側は v_in、input_voltage、Vin。各欄は JSON の数値でも数値文字列でも構いません。欠落欄、空文字、NaN、Infinity は欄名付きの invalid_input で失敗します。duty_cycle が 0 と 1 の間にない場合、つまり D が零未満または一より大きい場合、デューティ比は 0 と 1 の間でなければならないというメッセージで失敗します。D がちょうど 1 なら一引く D は零で理想出力は未定義なので、Infinity ではなく invalid_input です。成功時は整形した vin と duty_cycle をエコーし、vout は vin を (1 − duty_cycle) で割って十二桁に丸めた値、voltage_gain は一を (1 − D) で割った値、unit_voltage は V、さらにワークシート用の formula と equation を返します。例：vin が十二ボルト、duty_cycle が二分の一なら、十二を (1 − 0.5) で割ると二十四なので vout は二十四ボルト、利得は二です。成功した API 呼び出しの料金は公開ベース $0.002 を一件あたりとし、検証失敗は前払い残高を消費しません。無料ブラウザフォームを API と同じモジュールと組にして、授業デモと自動試験が食い違わないようにしてください。
昇圧コンバータ計算機が役立つ現場
実装は純粋な parse の tier A なので、成功した呼び出しは毎回公開ベース $0.002 で、モデルトークンも外向きネットワークもありません。
技術的な質問
理想昇圧コンバータの出力電圧はどう求めますか？
有限数 vin（ボルト単位の非負直流入力）と 0 ≤ D < 1 の duty_cycle D を送ってください。API は Vout = Vin / (1 − D) と電圧利得 1/(1 − D) を返します。
負の入力電圧が拒否されるのはなぜですか？
この初等モデルは単極性の直流昇圧段を記述します。負の Vin はその外なので、インバータのように見える符号付き出力ではなく invalid_input を返します。
昇圧コンバータ計算機の料金はいくらですか？
ブラウザの道具は無料です。API 要求は成功一件あたり $0.002 の前払い KIT 残高を使い、無効な入力は課金されません。