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スマホの充電器やPCの電源って、どうやって電圧を変えているんですか？このツールの「Buck」とか「Boost」って何ですか？
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大まかに言うと、スイッチを高速でオンオフして、電圧を効率よく変換する回路だよ。Buckは降圧（例：12V→5V）、Boostは昇圧（例：5V→9V）だ。このシミュレーターで、上の「コンバータ種類」をBuckからBoostに切り替えて、入力電圧Vinより出力電圧Voutを大きく設定してみて。デューティ比Dが変わるのが見えるはずだよ。
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え、スイッチをカチカチするだけ？でも波形グラフのインダクタ電流がギザギザ（リプル）になってます。これって悪いことなんですか？
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実務ではリプルは完全には消せないけど、小さくするのが設計のポイントだ。例えば、自動車のECU（電子制御ユニット）に供給する電源はリプルが大きいと誤動作の原因になる。シミュレーターで「インダクタンスL」のスライダーを大きくしてみて。電流リプルΔi_Lが小さくなるのが確認できるよ。逆にLを小さくしすぎると、CCM（連続導通モード）からDCM（不連続導通モード）に変わって、制御が複雑になるんだ。
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「効率」の値も出てきますね。100%じゃないのはなぜ？スイッチング周波数を非常に上げたらどうなりますか？
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良いところに気づいたね！損失には、スイッチのオン抵抗やインダクタの抵抗による「導通損失」と、スイッチのオンオフの瞬間に生じる「スイッチング損失」がある。このツールの「スイッチング周波数f」をどんどん上げてみて。効率が下がっていくのがわかるだろ？高周波だとスイッチング損失が増大するから、最近はGaN（ガリウムナイトライド）やSiC（炭化ケイ素）といった高速で損失の少ないパワーデバイスが注目されているんだ。
正常ではありません。デューティ比は0〜1の範囲でなければ動作しません。例えばBuckでVout > Vinの場合やBoostでVout < Vinの場合に発生します。入力電圧と出力電圧の関係を見直してください。
CCM（連続導通モード）はインダクタ電流が常に流れ、リプルが小さく効率が高いです。DCM（不連続導通モード）は電流がゼロになる期間があり、軽負荷で発生します。通常はCCM設計が推奨されますが、軽負荷効率を重視する場合はDCMも検討します。
一般的な目安として、電流リプルは定格電流の20〜40%、電圧リプルは出力電圧の1〜5%以内に抑えることが推奨されます。このツールでLやCの値を調整しながら、目標範囲に収まるように設計してください。
本ツールは理想的なスイッチや受動部品を仮定した理論計算です。実際の回路では、スイッチのオン抵抗、コンデンサのESR、配線の寄生インダクタンスなどが影響します。これらの非理想要素を考慮するには、より詳細な回路シミュレータをご利用ください。
モバイル機器・USB充電：リチウムイオン電池の電圧（3V-4.2V）を安定した5Vや9Vに昇圧（Boost）したり、逆に12Vの車載電源を5Vに降圧（Buck）してスマホを充電します。小型・軽量かつ高効率が求められます。
サーバー・データセンター電源：AC電源から得た高電圧DC（例えば400V）を、CPUやメモリが使う1V以下の超低電圧に効率よく降圧（Buck）します。ここでは大電流を扱うため、わずかな効率低下も発熱と電力損失に直結するため、設計が極めて重要です。
電気自動車（EV）・車載電源：高電圧の駆動用バッテリー（400Vなど）を、エアコンやオーディオ、制御ECU用の12Vや48Vに降圧（Buck）します。また、回生ブレーキ時には昇圧（Boost）動作も行います。厳しい振動・温度環境下での高い信頼性が必須です。
再生可能エネルギーシステム：太陽光パネルの出力電圧は日射量で変動します。これを最大電力点追従（MPPT）制御しながら、蓄電池の充電電圧や系統連系用の電圧に合わせて昇降圧（Buck-Boost）します。広い入力電圧範囲での高効率動作が鍵です。
まず、「デューティ比Dは自由に設定できる」という誤解があります。確かにツール上ではスライダーで自由に動かせますが、実際の回路ではDは「目標とする入出力電圧比から自動的に決まる」制御量です。例えば、BuckでVin=12V, Vout=5Vを実現するには、理論上D=5/12≒0.42に制御回路が自動的に調整します。これを無理に0.8などに設定すると、出力電圧はとんでもない値になってしまいます。
次に、「効率の値は固定」と思い込むこと。ツールでは簡易的な計算ですが、実際の効率は負荷電流や温度で大きく変わります。例えば、あるコンバータが定格電流2Aで効率95%でも、待機時の0.01Aのような軽負荷ではスイッチング損失の影響が相対的に大きくなり、効率が70%を切ることも珍しくありません。常に動作条件を想定した評価が必要です。
最後に、波形グラフの「理想波形」をそのまま信じる落とし穴。ツールの綺麗な矩形波や三角波は、スイッチやダイオードの理想特性を仮定したものです。実機では、スイッチの立ち上がり/立ち下がり時間や、ダイオードの逆回復特性による「スパイクノイズ」が必ず発生します。例えば、高速スイッチングでインダクタの寄生容量と共振して、想定より大きな電圧リプルやEMI（電磁妨害）の原因となることもあります。