近年、携帯電子機器、車載電源システム、ならびに蓄電システムのBMS（バッテリーマネジメントシステム）などの分野が急速に発展する中、広い入力電圧・出力電圧に対応するアプリケーションの需要がますます高まっています。
このような背景のもと、昇降圧型（Buck-Boost）回路は、入力電圧と出力電圧を柔軟に適応させ、安定した電力伝送を実現できる本質的な昇降圧機能を備えた重要なトポロジーとして注目されています。その重要性はますます高まっています。Buck-Boost回路を構成する各部品の中でも、パワーインダクタは非常に重要な役割を担っています。パワーインダクタは、エネルギーの蓄積および放出を行うだけでなく、電流の平滑化やリップル電流の抑制といった役割も果たします。インダクタのパラメータ設計が適切であるか、またその性能が十分であるかは、コンバータ全体の変換効率、動作安定性、さらには長期的な信頼性に直接影響を及ぼします。
一、Buck-Boostコンバータの動作原理
4スイッチBuck-Boostコンバータは、非常にクラシックなDC-DCトポロジーであり、Buck（降圧）コンバータとBoost（昇圧）コンバータの特徴を組み合わせたものです。Buck降圧コンバータとBoost昇圧コンバータのカスケードトポロジーからさらに発展した構成であり、両者は共通のパワーインダクタを共有します。
コンバータの2つのブリッジアーム上にある4つのスイッチング素子は、それぞれ異なる役割を担っています。同一ブリッジアームのスイッチS1/S2はBuckユニットを構成し、そのうち上側ブリッジアームのスイッチS1はBuckユニットのメイン制御スイッチであり、デューティ比はD1となります。スイッチS2のデューティ比は（1-D1）です。同一ブリッジアームのスイッチS3/S4はBoostユニットを構成し、そのうち下側ブリッジアームのスイッチS3はBoostユニットのメイン制御スイッチであり、デューティ比はD3となります。スイッチS4のデューティ比は（1-D3）です。全体コンバータの電圧ゲインはM=D1/(1-D3)となります。
図1. 4スイッチBuck Boost
図2. シングルモード Buck Boost
単一スイッチの従来型Buck-Boostとは異なり、4スイッチ同期Buck-Boostコンバータは、S1/S3を対角同期して導通させ、S2/S4を相補的にフリーホイールさせる制御方式により、出力電圧と入力電圧を同相（同じ極性）にすることができます。このトポロジーは、Vin>Vout（降圧モード）、Vin≈Vout（Buck-Boost遷移モード）、Vin<Vout（昇圧モード）の3つの動作状態をシームレスに切り替えることができ、入力電圧と出力電圧の範囲が重複する広電圧アプリケーション分野で広く使用されています。
二、パワーインダクタがBuck-Boostコンバータに与える影響
前述の通り、Buck-Boostコンバータにおいてインダクタが受ける電流ストレスは、単一の降圧または昇圧トポロジーよりもはるかに大きくなります。適切な選定を行うためには、インダクタンス値（L）、飽和電流（Isat）、交流・直流抵抗（ACR/DCR）、動作周波数（f）の4つの観点から、それぞれの影響を定量的に評価し、各パラメータがコンバータ性能に与える作用メカニズムを個別に検討する必要があります。
1.インダクタンス値（Inductance）
インダクタンス値の大きさは、コンバータの導通モード、電流リップル、および動的応答速度に直接影響します。インダクタンス値が大きい場合、電流リップルは小さくなり、出力電圧をより平滑化できるため、コンバータの効率と安定性向上に有利です。しかし、コンバータの動的応答は遅くなり、負荷が急激に変化した際に出力電圧を迅速に調整することが困難になります。
一方、インダクタンス値が小さすぎる場合、動的応答は速くなりますが、電流リップルが大きくなり、パワーデバイスの損失が増加し、コンバータの効率が低下します。さらに、回路振動を引き起こし、システムの正常動作に影響を与える可能性もあります。
実際の設計では、コンバータの動作モード、負荷特性、および性能要求を総合的に考慮し、適切なインダクタンス値を正確に選択する必要があります。
2.飽和電流（Saturation Current）
インダクタ電流が磁芯材料の線形動作領域を超えて上昇すると、磁束密度が飽和状態に達し、インダクタンス値が急激に低下します。その結果、インダクタは有効なエネルギー蓄積能力および電流制限能力を失います。
Buck-Boostコンバータでは、全電力経路のエネルギー伝達が1つのインダクタのみに依存しているため、インダクタの飽和は直接的に電流制御不能やリップル電流の急増を引き起こします。その結果、パワースイッチング素子に過大な電流ストレスが加わり、最終的にはデバイスの永久的な損傷につながる可能性があります。
3.交流・直流抵抗（ACR/DCR）
インダクタの抵抗には、直流抵抗DCRと交流抵抗ACRがあります。
DCRは巻線コイルが直流条件下で持つ内部抵抗であり、その値が低いほど、電流を流した際に発生する電力損失が小さくなり、全体の効率向上に寄与します。
ACRは、特定のスイッチング周波数におけるインダクタの等価交流抵抗を示し、巻線の表皮効果、近接効果、および磁芯損失の総合的な影響を反映しています。周波数が高くなるほど、ACRの増加はより顕著になります。
選定時には、低DCR/ACR特性を持ち、高周波特性に適合した製品を優先的に選択することで、損失を低減し、コンバータの効率を向上させる必要があります。
4.動作周波数（Operating Frequency）
スイッチング周波数を高めることは、Buck-Boostコンバータの受動部品サイズを小型化し、電力密度および動的応答速度を向上させる有効な手段です。しかし、周波数の上昇は一連の高周波寄生成分による影響をもたらします。
動作周波数が高くなるにつれて、インダクタの表皮効果および近接効果が強まり、巻線の交流抵抗が大幅に増加するため、高周波損失が著しく増大します。同時に、磁芯材料における高周波損失（ヒステリシス損失、渦電流損失）も増加し、温度上昇の問題がより顕著になります。
次世代の電源管理コンバータでは、固定周波数動作だけに依存するのではなく、負荷変動に応じて動作周波数を調整し、全負荷範囲で高効率を維持する方式が採用されています。
そのため、磁性材料には200kHz～1MHzの広い周波数帯域、さらにはそれ以上の高周波領域においても低損失を維持する性能が求められます。単一の最適周波数ポイントのみで優れた性能を発揮するだけでは不十分です。
したがって、設計時には、優れた高周波特性を備えたインダクタ製品（低損失磁粉コア、フェライト材料など）を選定し、損失とサイズのバランスを適切に考慮することで、異なる周波数帯域においてもシステムが高効率かつ安定して動作できるようにする必要があります。
Buck-Boostコンバータにはインダクタが1つだけ存在しますが、このインダクタには2種類の異なる動作モードがあります。Buckユニットのメインスイッチがオンになると、電流は入力電圧の正極→S1→インダクタL→S4→負荷→グランド（GND）の経路を流れてループを形成し、インダクタ電流が増加します。このとき、電気エネルギーは磁気エネルギーの形で蓄積されます。スイッチがオフになると、インダクタ電流は瞬時に変化することができないため、磁気エネルギーが放出され、Boostユニットのメインスイッチを介して、インダクタL→負荷→S2→グランド（GND）→S3→インダクタLのフリーホイール電流経路が形成され、負荷電流の連続性を維持します。この「蓄積と放出」は、すべてのスイッチング電源に共通する基本原理であり、インダクタの充放電経路は上下スイッチの状態切替に伴って交互に切り替わります。
Buckモードでは、インダクタはS1-L-S2経路によって充電され、Boostモードでは、インダクタはS3-L-S4経路によってエネルギーを蓄積します。Buck-Boostの入力電圧範囲は一般的に非常に広いため、インダクタに流れるリップル電流の変化も大きくなることがよくあります。大きなリップルは損失増加を意味するため、インダクタのDCRを低減し、動作周波数を高めることで、大きなリップル電流条件下での損失を制御することができます。
三、Buck-Boost回路向けパワーインダクタの推奨
前述の通り、4スイッチBuck-Boostのような高い電流ストレスと広範囲な動作条件変動を伴うアプリケーションでは、フラットワイヤを採用した大電流ディスクリートインダクタ方式を使用することで、DCR損失、高周波ACR損失、飽和耐性、実装面積などの各要素において、より優れた総合的なバランスを実現できます。これは、コンバータ全体の効率向上と長期的な信頼性向上における理想的な選択肢です。
1、コンパクト大電流インダクタCSBA
コンパクト型大電流インダクタCSBAシリーズは、科達嘉が独自開発した低損失磁芯材料を採用しており、優れたソフト飽和電流特性と極めて低い直流抵抗を備えています。磁気シールド構造設計により、優れた電磁両立性を実現し、EMI放射を大幅に抑制できます。薄型・軽量設計により、高密度実装に適しており、GaN回路ソリューションに対応した薄型インダクタです。
窒化ガリウム電源のDC-DCコンバータやスイッチングレギュレータなどの主要モジュールに幅広く応用できます。AIサーバー電源や新エネルギー機器においては、その大電流処理能力と高周波対応性能により、高電力密度電源設計をサポートすると同時に、システムの長期安定動作を確保します。
2、超大電流インダクタCSCFA
超大電流インダクタCSCFAシリーズは、CODACAが独自開発した低損失磁芯材料を採用しており、低損失、高効率、広い動作周波数範囲、幅広い適用範囲などの特長を備えています。フラットワイヤ巻線設計により、優れた放熱性と低温度上昇を実現しています。優れた直流バイアス特性により、瞬間的な大ピーク電流にも対応可能です。
また、広い閉磁路構造により、電磁放射および伝導ノイズを効果的に低減し、電磁両立性（EMC）を向上させます。新エネルギー、産業制御、大電流電源およびバッテリーマネジメント、分散型電源DC-DCコンバータ、人工知能（AI）などの分野に幅広く応用できます。
3、超大電流インダクタCPCFA
超大電流インダクタCPCFAシリーズは、フラットワイヤ巻線を採用し、低インピーダンス、高飽和電流特性、低温度上昇を実現しています。閉磁路設計により、電磁放射および伝導ノイズを効果的に低減し、電磁両立性を向上させます。
本シリーズ製品は、インダクタンス値および直流バイアス特性が温度変化の影響を受けにくく、高い安定性を備えています。DC-DCコンバータ、大電流スイッチングレギュレータ、太陽光発電インバータ、産業制御、新エネルギー分野などに幅広く応用できます。
四、DC-DCコンバータ用インダクタの迅速検索
エンジニアがパワーインダクタを迅速かつ正確に選定できるように、CODACAは独自開発した選定ツールを提供しています。検索ツールには、パワーインダクタ検索、DC-DCコンバータ用インダクタ選択、パワーインダクタ損失計算、代替品検索など、8つの主要機能が搭載されています。
その中でも、DC-DCコンバーターインダクタ検索は、入力電圧、出力電圧、スイッチング周波数、リップル電流、およびトポロジーなどのコンバータパラメータを設定することで、必要なインダクタンス値の範囲を計算し、デバイス型番の検索および性能比較分析を行うことができます。本ツールは、同期／非同期の昇圧／降圧コンバータ、およびSEPICコンバータに適したインダクタ部品を推奨することができます。
パワーインダクタはBuck-Boostコンバータの中核部品であり、エネルギーの蓄積・放出、および電流リップル抑制という重要な役割を担っています。その性能は、コンバータの効率、定常精度、長期信頼性を直接左右します。
単一の降圧または昇圧トポロジーとは異なり、Buck-Boostコンバータは広い入力／出力電圧範囲で動作する必要があります。そのため、インダクタには降圧モードと昇圧モードの両方における異なる電流ストレスおよびリップル条件への対応が求められ、インダクタの線形性、飽和特性、高周波損失特性に対して、より高い要求が課されます。
Buck-Boostコンバータの携帯電子機器、車載電源、蓄電システムなどの分野への応用がさらに拡大するにつれて、インダクタは高電力密度化、高周波化、集積化の方向へ発展しています。
これらのトレンドに対応するため、CODACAは磁芯材料の配合、巻線構造の最適化、熱管理設計の観点から継続的に取り組み、インダクタ製品の飽和電流特性および損失特性を向上させています。これにより、Buck-Boostコンバータの性能向上を支える信頼性の高いソリューションを提供し、分散型エネルギーシステムや車載電動化などの広電圧範囲アプリケーションにおいて、より高効率で安定した電力変換の実現に貢献しています。