DCDCコンバータと整流ダイオード降圧の効率比較｜24Vを12Vに下げる場合はどちらが有利？

電圧を下げる方法として、DCDCコンバータを使う方法と、整流ダイオードを直列接続して電圧降下させる方法があります。どちらも電圧を低くすることはできますが、仕組みや変換効率、適した用途は大きく異なります。

この記事では、ダイオードによる降圧とDCDCコンバータによる降圧の違いを整理し、24Vから12Vへ変換するような大きな降圧や、数V程度の微調整の場合にどちらが適しているのかを解説します。

ダイオードを直列につないで電圧を下げる仕組み

整流ダイオードを直列につなぐ方法では、ダイオードの順方向電圧降下を利用して電圧を下げます。一般的なシリコンダイオードでは、電流が流れると約0.6V〜0.7V程度の電圧がダイオードによって消費されます。

例えば、ダイオードを3個直列につないだ場合、単純計算では約1.8V〜2.1V程度の電圧を下げることができます。

ただし、この方法は電圧を下げた分のエネルギーを熱として捨てているだけです。そのため、入力電圧が24Vで出力を12Vにしたいというような大きな降圧には向いていません。

DCDCコンバータは、入力された直流電圧を一度スイッチングによって変換し、コイルやコンデンサを利用して目的の電圧に変える回路です。

降圧型のDCDCコンバータ（バックコンバータ）の場合、24Vを12Vに変換するような大きな電圧差でも効率よく変換できます。

一般的なDCDCコンバータでは、性能の良い製品で80〜95％程度の変換効率を持つものもあります。消費電力が大きい機器では、ダイオード方式より圧倒的に有利になります。

ダイオードによる降圧では、電圧を下げた分の電力が熱として失われます。そのため、効率を計算すると負荷電流が大きいほど不利になります。

例えば24Vの電源から12Vで1Aの電流を取り出したい場合、出力電力は12Wになります。ダイオードで12Vまで落とすには約12V分の電圧を熱として消費するため、単純な抵抗による降圧と同じように大きな損失が発生します。

一方、DCDCコンバータなら入力側の電力を効率よく変換できるため、同じ12Wの出力でも必要な入力電力は少なく済みます。

ダイオードによる降圧は効率面では不利ですが、すべての用途でDCDCコンバータが優れているわけではありません。

例えば、5Vの電源を4.3V程度にしたい、LEDの電流制限を簡単に行いたい、電圧の微調整をしたいという場合には、ダイオードを利用する方法が手軽です。

部品数が少なく、回路が単純で、ノイズを発生しないというメリットがあります。低消費電力の回路では、効率低下よりも簡単さを優先して使われることがあります。

24Vを12Vへ変換するような大きな降圧では、基本的にDCDCコンバータを使用するのが適しています。

産業機器、自動車関連機器、バッテリー駆動機器などでは、電力損失や発熱を抑える必要があるため、ほとんどの場合スイッチング方式のDCDCコンバータが採用されています。

例えば24V電源で12Vのファンやモーターを動かす場合、ダイオードだけで電圧を下げると大量の熱が発生し、部品の故障や効率低下につながる可能性があります。

方法	特徴	向いている用途
ダイオード降圧	回路が簡単、安価、低ノイズ。ただし電力を熱として消費する	小電流、数V程度の調整
DCDCコンバータ	高効率で大きな電圧差にも対応できる	電源回路、モーター、バッテリー機器