We have an inductor, a transistor, a diode, and a capacitor.

インダクタ、トランジスタ、ダイオード、コンデンサがあります。

We also have a device to which we have to deliver power,

また電力を供給しなければならない部品もあります。

represented here by a light bulb.

ここでは電球で表しています。

The connection to the gate of the transistor is not shown,

トランジスタのゲートへの接続は示していませんが、

but this is a voltage that we control.

私たちが制御するのはこの電圧です。

Suppose we control this gate voltage in a way such that

ゲート電圧を制御するとします。その際、

the transistor behaves like a switch, which we can turn on or off.

トランジスタがスイッチのように、オン/オフするようにします。

If we close the switch, we will cause a DC voltage to appear across the inductor.

スイッチ閉で、インダクタにDC電圧が現れます。

The current through the inductor will keep increasing,

インダクタを流れる電流は、

so long as the switch is closed.

スイッチが閉じている限り増加し続けます。

The current through an inductor can not change instantaneously.

インダクタを流れる電流はすぐには変化できません。

Therefore the moment we open the switch,

したがって、スイッチを開いた瞬間に、

the inductor will create a force causing the current to continue flowing.

インダクタが力を発生させ、電流が流れ続けます。

Suppose we keep turning the switch on and off.

スイッチのオンとオフを続けるとします。

By continuously turning the switch on and off,

スイッチを連続的にオン/オフすることにより、

we have created a DC output voltage at the light bulb

電球のところに、バッテリーの電圧よりも高い－

that is higher than the voltage of the battery.

DC出力電圧が生成されました。

We call this a “Boost Converter.”

これを「ブーストコンバーター」と呼びます。

We can control the value of the DC output voltage at the light bulb

電球でのDC出力電圧の値は制御できます。それには

by controlling the percentage of time that this switch is on.

スイッチがオンの時間割合を制御します。

Suppose that we leave the switch off all the time.

スイッチをずっとオフのままにします。

With the switch off 100% of the time,

スイッチを 100％オフにすると、

the output voltage will equal the voltage of the battery.

出力電圧はバッテリーの電圧に等しくなります。

What if we instead have the switch on most of the time?

代わって、ほとんどの時間オンにするとどうなるでしょうか？

If the switch is almost always on,

スイッチがほとんど常にオンの場合、

then assuming we have ideal components,

理想的な部品だと仮定して、

the current will theoretically keep increasing to infinity.

理論的には、電流は無限に増加し続けます。

During the brief moment when we turn the switch off,

スイッチをオフにしている短い時間に、

an infinite current would charge the capacitor to an infinite voltage.

無限電流が無限電圧までコンデンサを充電します。

By selecting the appropriate percentage of time that the switch is on,

スイッチがオンの時間割合を適切にすることで

we can set the output voltage to any value that is larger than the battery voltage.

出力電圧をバッテリー電圧よりも大きい任意の値に設定できます。

But, we will need a different circuit to produce a

しかし、バッテリー電圧よりも小さい出力電圧を

steady state output voltage that is smaller than the battery voltage.

定常的に生成するには、別の回路が必要です。

At first, this may seem simple,

最初は簡単に思えるかもしれません－

as this can be done by using resistors to create a voltage divider.

抵抗を使って分圧器を作ればできるからです。

But, the problem is that we want to be efficient,

しかし、問題は効率を上げたいことであり、

and resistors dissipate energy as heat.

抵抗はエネルギーを熱として放散します。

Any energy that is lost as heat in a resistor

抵抗で熱として失われるエネルギーは、

is not delivered to the device which we wish to power.

電力を供給したい部品に供給されません。

If we don't care about efficiency,

効率を気にせず、

but just want to be able to adjust the output voltage,

出力電圧を調整したいだけの場合は、

we can do it through a circuit such as this one.

このような回路を使ってできます。

The energy lost as heat in the transistor is the voltage across the transistor,

トランジスタで熱として失うエネルギーは、トランジスタ両端の電圧に

multiplied by the current passing through it.

通過する電流を掛けたものです。

Now, consider the following.

ここで、次のことを考えます。

If we operate and think of the transistor as an ideal switch,

トランジスタを理想的なスイッチと考え動かすと

then when the switch is off, the current is zero…

スイッチがオフのとき、電流はゼロになります…

And when the switch is on, the voltage across it is zero.

スイッチがオンのとき、その両端で電圧はゼロです。

Therefore, in theory, if the transistor is either fully “on” or fully “off”,

よって、理論上は、トランジスタが完全に「オン」か「オフ」で

and never somewhere in between, the voltage multiplied by the current is always zero,

その中間にない場合、電圧×電流は常にゼロであり、

and there is no energy dissipated as heat in the transistor.

トランジスタで熱として放散されるエネルギーはありません。

But, if we want to be 100% efficient, we also have to get rid of the resistor.

しかし、100％効率的にしたい場合は、抵抗を取り除く必要もあります。

Suppose that in this circuit, we always operate the transistor as an ideal switch.

この回路では、トランジスタを常に理想的なスイッチとして動作させると仮定します。

If we keep opening and closing the switch,

スイッチを開閉し続ければ、

the “average” voltage across the light bulb

電球をまたぐ「平均」電圧は

will be less than the voltage of the battery,

バッテリーの電圧より低くなります。

but this is only because the voltage across the light bulb

しかしこれは、単にスイッチが開いているときに

is zero when the switch is open.

電球での電圧がゼロだからにすぎません。

We can try to prevent the voltage from dropping to zero

電圧がゼロに落ちないようにすることができます。

by adding a capacitor across the light bulb.

それには電球の両端にコンデンサを追加します。

But now, when we close the switch,

しかし、今、スイッチを閉じたときに、

we are trying to change the voltage of a capacitor instantaneously,

コンデンサの電圧を瞬時に変えようとしていますが、

which is impossible.

これは不可能です。

As a result, an extremely large current will flow to charge the capacitor,

その結果、コンデンサを充電しようと非常に大きな電流が流れ、

and this can cause considerable damage.

これが大きな損傷を引き起こす可能性があります。

We can try to reduce this current by adding a resistor.

抵抗を追加して、この電流を減らすことができます。

But, as we said before, we do not want a resistor

しかし、前述したように、抵抗は欲しくありません。

because resistors dissipate energy as heat.

抵抗はエネルギーを熱として消費するからです。

Instead of using a resistor, we can limit the current by using an inductor.

抵抗でなく、インダクタで電流を制限できます。

An ideal inductor does not dissipate energy as heat.

理想的なインダクタは、エネルギーを熱として消費しません。

But, since the current through an inductor can't change instantaneously,

しかし、インダクタを流れる電流はすぐには変化しないため、

the inductor will force the current to keep flowing through the switch

インダクタは電流をスイッチに流し込み続けます。

even after we open it, which is an extremely dangerous phenomena.

スイッチを開けた後でもそうで、非常に危険です。

We can prevent the current from flowing through the open switch by adding a diode.

ダイオードを追加して、開いているスイッチに電流が流れるのを防ぐことができます。

The diode will give the current a different path to flow through.

ダイオードは電流の経路を変えることになります。

We call this circuit a “Buck converter.”

この回路を「バックコンバータ」と呼びます。

We can control the value of the DC output voltage at the light bulb

スイッチがオンの時間割合を制御することで、

by controlling the percentage of time that this switch is on.

電球のDC出力電圧の値を制御できます。

This allows us to create any DC voltage at the light bulb

これにより、バッテリーの電圧よりも低い

that is lower than the voltage of the battery.

DC電圧を電球のところに作れます。

Assuming that we had ideal components, this circuit would be 100% efficient.

理想的な部品なら、この回路は 100％効率的です。

This is because ideal capacitors, ideal inductors, and ideal switches

これは、理想的なコンデンサ、理想的なインダクタ、理想的なスイッチが

do not dissipate any energy as heat.

エネルギーを熱として消費しないからです。

We are thinking of the transistor as an ideal switch.

トランジスタを理想的なスイッチと考えてきました。

An ideal diode can also be thought of as a switch.

理想的なダイオードもスイッチとして考えられます。

The diode is an “off switch” when it is blocking current

ダイオードが「オフスイッチ」なのは、

from flowing in the reverse direction,

電流が逆方向に流れるのをブロックしているときで、

and the diode is an “on switch” when current flows in the forward direction.

電流が順方向に流れるときは「オンスイッチ」です。

The Buck converter uses the exact same components

バックコンバーターは、ブーストコンバーターと

as the Boost converter, just arranged differently.

完全に同じ部品を使い、単に配置が違うだけです。

In the real world, of course, these components are not ideal,

もちろん、現実の世界では、これらの部品は

and they do in fact dissipate power.

理想的ではなく、実際には電力を消費します。

Therefore, to maximize efficiency, actual power converts

よって効率を最大化するために、実際の電力変換は

are typically more complicated than the circuits shown here.

通常、ここに示す回路よりも複雑です。

But, the basic principles are the same.

しかし、基本的な原則は同じです。

These basic principles are that transistors are operated as switches.

その基本原則とは、トランジスタがスイッチとして動作すること、

We never try to change the voltage across a capacitor instantaneously.

コンデンサ両端の電圧を急に変えようとしないこと

And we never try to change the current through an inductor instantaneously.

そして、インダクタを流れる電流を急に変えようしないことです。

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