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title: インダクタとトランス
url: https://doc.liz6.com/ja/hardware/02-passive-components/03-inductors-and-transformers
locale: ja
area: hardware
tags:
- hardware
- passive-components
date: 2026-06-30
modified: 2026-07-16
description: インダクタとトランス インダクタ (Inductor) 基本概念 インダクタ — 磁場エネルギーを蓄える受動素子で、コイル状に巻かれた導線から構成されます。 パラメータ | パラメータ | 記号 | 単位 | 説明 | |------|------|------|------| | インダクタンス | L | ヘンリー…
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# インダクタとトランス

## インダクタ (Inductor)

### 基本概念

**インダクタ** — 磁場エネルギーを蓄える受動素子で、コイル状に巻かれた導線から構成されます。

```
      ┌──────┐
  ───┤  ⊗⊗⊗  ├───
      │  ⊗⊗⊗  │    ⊗ = コイル断面
      │  ⊗⊗⊗  │
      └──────┘
```

### パラメータ

| パラメータ | 記号 | 単位 | 説明 |
|------|------|------|------|
| インダクタンス | L | ヘンリー (H) | エネルギー蓄積能力 |
| 定格電流 | I | アンペア (A) | 最大動作電流 |
| 飽和電流 | Isat | A | 磁心が飽和する電流 |
| DCR | - | Ω | 直流抵抗 |
| Q値 | Q | - | 品質因数 |
| SRF | - | Hz | 自己共鳴周波数 |

### 一般的な単位

- 1 H = 10³ mH = 10⁶ μH = 10⁹ nH

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### 基本公式

#### インピーダンス（交流インピーダンス）
```
Xl = 2πfL

f: 周波数 (Hz)
L: インダクタンス (H)

特徴: 周波数が高いほどインピーダンスが大きくなる → 「交流を遮断し、直流を通す」
```

#### エネルギー蓄積
```
W = ½LI²
```

#### 誘導起電力
```
V = -L × (dI/dt)

電流の変化が速いほど、誘導電圧が大きくなる
これはブーストコンバータの基本原理です！
```

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### 重要な特性

#### 1. 交流を遮断し、直流を通す
- **直流**: 安定後、短絡として振る舞う（DCRのみ）
- **交流**: 周波数が高いほどインピーダンスが大きくなる

#### 2. 電流は急変できない
- 電流は徐々に立ち上がり/減衰する
- **時定数**: τ = L/R

#### 3. 周波数特性

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  <text x="360" y="28" text-anchor="middle" font-size="17" font-weight="700" fill="#1f2933">周波数特性: 周波数が高いほどインピーダンスが大きくなる</text>
  <text x="110" y="66" text-anchor="middle" font-size="13" font-weight="700" fill="#334155">低周波</text>
  <text x="610" y="66" text-anchor="middle" font-size="13" font-weight="700" fill="#334155">高周波</text>
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  <text x="140" y="142" text-anchor="middle" font-size="13" font-weight="700" fill="#334155">低インピーダンス</text>
  <text x="140" y="160" text-anchor="middle" font-size="12" fill="#475569">(短絡)</text>
  <rect x="510" y="118" width="200" height="56" rx="8" fill="#e2e8f0"/>
  <text x="610" y="142" text-anchor="middle" font-size="13" font-weight="700" fill="#334155">高インピーダンス</text>
  <text x="610" y="160" text-anchor="middle" font-size="12" fill="#475569">(開放)</text>
  <text x="360" y="195" text-anchor="middle" font-size="12" fill="#64748b">交流遮断・直流通過: 直流（低周波の極限）はほぼ短絡、高周波では開放に近づく</text>
</svg>

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### 一般的な種類

| 種類 | インダクタンス範囲 | 特徴 | 用途 |
|------|----------|------|------|
| 空芯インダクタ | nH ~ μH | 高Q値、飽和しない | RF（無線周波数） |
| フェライトコア | μH ~ mH | 高μ、高周波向け | スイッチング電源 |
| フェアロッドコア | μH ~ mH | 飽和しにくい、安価 | DC-DCコンバータ |
| フェライトビーズ | Ω(インピーダンス) | 高周波ノイズ抑制 | EMCフィルタ |
| コモンモードチョーク | mH | コモンモード干渉抑制 | 電源EMI |

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### 選定ポイント

1. **インダクタンス** — スイッチング周波数とリップル要件に基づく
2. **飽和電流 Isat** — ピーク電流より大きくなければならない！飽和すると L が急激に低下し、電流が制御不能になる
3. **DCR** — 効率に影響する（I²R損失）
4. **Q値** — 高周波共振回路には高い Q が必要
5. **SRF** — 動作周波数は自己共鳴周波数より低くなければならない
6. **磁シールド** — 敏感な回路にはシールド付きインダクタを使用

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## トランス (Transformer)

### 基本概念

**トランス** — 電磁誘導を利用して、2つ（またはそれ以上）の巻線の間でエネルギーを伝達し、電圧を変換する素子。

```
       一次側 N1             二次側 N2
  ┌─────────────────┐  ┌─────────────┐
  │  ═══════════    │  │  ════════   │
  │  ═══ コア ═══  │  │  ═══  ═══  │
  │  ═══════════    │  │  ════════   │
  └─────────────────┘  └─────────────┘
       ↑                      ↑
      Vin                   Vout
```

### 基本原理

```
ファラデーの電磁誘導の法則:
  V = N × dΦ/dt

理想トランス:
  Vout/Vin = N2/N1 = n  (巻数比)
  Iout/Iin = N1/N2 = 1/n
  Pin = Pout  (理想的には損失なし)

インピーダンス変換: Zin = ZL / n²  (反射インピーダンス)
```

### 実用トランス
```
非理想的な要因:
- 漏れインダクタンス (Leakage Inductance): 結合していない磁束 → 電圧スパイク
- 励磁インダクタンス (Magnetizing L): コア励磁に必要 → 無負荷電流
- 銅損: I²R による巻線発熱
- 鉄損: コアの渦電流損失＋ヒステリシス損失
- 寄生容量: 巻線間および巻線内容量 → 共振
```

### トランスの種類

| 種類 | 周波数 | コア | 用途 |
|------|------|------|------|
| 商用周波数トランス | 50/60Hz | 硅鋼板 | 線形電源、絶縁 |
| 高周波トランス | 20k~MHz | フェライト | スイッチング電源 |
| パルストランス | - | フェライト | ゲート駆動、信号絶縁 |
| 電流互感器 | 50/60Hz | 硅鋼板/フェライト | 電流検出 |
| コモンモードチョーク | - | フェライト | EMI フィルタ |

### 主要な公式
```
フライバックコンバータのエネルギー蓄積:
  W = ½ × Lp × Ip²

デューティ比 D (CCM時):
  Vout/Vin = n × D/(1-D)  (フライバック)
  Vout/Vin = D             (フォワード)
```

### 飽和問題
```
コア飽和 = 大惨事!
  B = V×t / (N×Ae)
  B > Bsat → μが急激に低下 → Lが低下 → 電流が制御不能

対策:
- エアギャップを設ける（エネルギー蓄積型: フライバック）
- 伏秒積 V×t を制限する
- 十分な大きさの Ae（コア断面積）を選択する
```

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*キーワード: インダクタ, インピーダンス, 交流遮断・直流通過, トランス, 巻数比, 漏れインダクタンス, 磁気飽和, フライバック*