すべてのスイッチング・レギュレータには、連続モードと不連続モードの 2 つの基本動作モードがあります。2 つのタイプの差は、インダクタ電流が連続的に流れるか、通常のスイッチング・サイクルで一定時間 0 に低下するかです。各モードの動作特性はそれぞれ異なるため、レギュレータの性能や要件に影響する可能性があります。ほとんどのスイッチャの設計は、負荷電流が低いときは不連続モードで動作します。

LM2596 (SIMPLE SWITCHER パワー・コンバータ・ファミリのどの製品でも同じです) は、連続モードと不連続モードの両方の動作に使用できます。

多くの場合は連続モードが優先されるモードで、出力電力の増加、ピーク・スイッチの低減、インダクタおよびダイオード電流の低減、出力リップル電圧の低減という利点があります。ただし、連続モードでは、インダクタ電流を連続的に流すため、特に出力負荷電流が小さい場合や入力電圧が高い場合に、より大きな値のインダクタが必要です。

インダクタの選択プロセスを簡単にするため、インダクタ選択ガイド (ノモグラフ) がデザインされました (図 9-5 から図 9-8 までを参照)。このガイドでは、レギュレータが連続モードで動作していることを想定し、ピーク・ツー・ピークのインダクタ・リップル電流を最大設計負荷電流の一定の割合にできるインダクタを選択します。このピーク・ツー・ピークのインダクタ・リップル電流の割合は固定ではなく、設計でさまざまな負荷電流が選択されるのに合わせて変更できます (図 9-4 を参照)。

図 9-4 (ΔI_IND) 負荷電流に対するピーク・ツー・ピークのインダクタ・リップル電流 (負荷電流に対する割合)

低負荷電流でインダクタのリップル電流の割合が増えることを許容すれば、インダクタの値とサイズを比較的小さく抑えることができます。

連続モードで動作しているとき、インダクタ電流の波形は (入力電圧に応じて) 三角波からのこぎり波タイプの波形までの範囲となり、この電流波形の平均値は DC 出力負荷電流と等しくなります。

インダクタには、ポットコア、トロイド、E コア、ボビン・コアなど各種の形式があり、コアの材質もフェライトや鉄粉などがあります。最も安価なボビン、ロッド、スティックのコアは、フェライトのボビンにワイヤを巻き付けたものです。この種類の構成は安価にインダクタを製造できますが、磁束がコア内に完全に封じ込められていないため、電磁干渉 (EMI) が増加します。この磁束によって、近くのプリント基板の配線に電圧が誘導され、スイッチング・レギュレータの動作と近くの敏感な回路の両方に問題が起きる可能性や、スコープ・プローブの誘導電圧のため、スコープの読み取り値が不正確になる可能性があります (セクション 9.1.7 を参照)。

複数のスイッチング・レギュレータを同じ PCB 上に配置すると、オープン・コアの磁気素子が 2 つ以上のレギュレータ回路の間で、特に大電流のとき干渉を引き起こす可能性があります。このような状況では、トロイドまたは E コアのインダクタ (閉じた磁気構造のもの) を使用する必要があります。

選択チャートに記載されているインダクタには、Schottky 用のフェライト E コア構成、Renco および Coilcraft 用のフェライト・ボビン・コア、Pulse Engineering 用の鉄粉トロイドが含まれています。

インダクタの最大電流定格を超えると、銅線の損失が原因でインダクタが過熱したり、コアが飽和したりする可能性があります。インダクタが飽和し始めると、インダクタンスは急速に低下し、インダクタは主に抵抗性 (巻線の DC 抵抗) に見え始めます。これにより、スイッチ電流が急速に増加し、スイッチが強制的にサイクル単位の電流制限になることで、DC 出力負荷電流が低下することがあります。この結果、インダクタまたは LM2596 が過熱する可能性もあります。インダクタの種類によって飽和特性が異なるため、インダクタを選択するときはこの点を考慮してください。

インダクタ・メーカーのデータシートには、インダクタの飽和を避けるための電流制限とエネルギー制限が記載されています。

連続モード動作については、図 9-5 から図 9-8 までのインダクタ選択グラフを参照してください。

図 9-5 LM2596-3.3

図 9-7 LM2596-12

図 9-6 LM2596-5.0

図 9-8 LM2596-ADJ