JAJA713D November 2009 – November 2022 LM2577 , LM2585 , LM2586 , LM2587 , LM2588 , LMR61428 , LMR62014 , LMR62421 , LMR64010 , TL1451A , TL5001 , TL5001A , TLV61220 , TPS40210 , TPS40211 , TPS43000 , TPS61000 , TPS61002 , TPS61005 , TPS61006 , TPS61007 , TPS61010 , TPS61012 , TPS61013 , TPS61014 , TPS61015 , TPS61016 , TPS61020 , TPS61021A , TPS61024 , TPS61025 , TPS61026 , TPS61027 , TPS61028 , TPS61029 , TPS61029-Q1 , TPS61030 , TPS61031 , TPS61032 , TPS61046 , TPS61070 , TPS61071 , TPS61072 , TPS61073 , TPS61085 , TPS61086 , TPS61087 , TPS61088 , TPS61089 , TPS61090 , TPS61091 , TPS61092 , TPS61093 , TPS61093-Q1 , TPS61097-33 , TPS61100 , TPS61107 , TPS61120 , TPS61121 , TPS61122 , TPS61130 , TPS61131 , TPS61170 , TPS61175 , TPS61175-Q1 , TPS61200 , TPS61201 , TPS61202 , TPS61220 , TPS61221 , TPS61222 , TPS61230A , TPS61235P , TPS61236P , TPS61240 , TPS61241 , TPS61253 , TPS61254 , TPS61256 , TPS61258 , TPS61259 , TPS612592 , TPS61291 , TPS65070 , TPS65072 , TPS65073 , TPS65100 , TPS65100-Q1 , TPS65101 , TPS65105 , TPS65130 , TPS65131 , TPS65131-Q1 , TPS65132 , TPS65132S , TPS65133 , TPS65137 , TPS65140 , TPS65140-Q1 , TPS65141 , TPS65142 , TPS65145 , TPS65145-Q1 , TPS65150 , TPS65150-Q1 , TPS65154 , TPS65155 , TPS65160 , TPS65160A , TPS65161 , TPS65161A , TPS65161B , TPS65162 , TPS65163 , TPS65167A , TPS65170 , TPS65175 , TPS65175B , TPS65175C , TPS65176 , TPS65177 , TPS65177A , TPS65178 , TPS65631 , TPS65631W , TPS65632 , TPS65632A , TPS65640 , TPS65642 , TPS65642A , UCC39411
昇圧コンバータの基本構成を、図 1-1 に示します。スイッチは使用する IC に内蔵されています。低電力のコンバータでは多くの場合、ダイオードが、コンバータに内蔵された 2 番目のスイッチに置き換えられます。この場合、このドキュメントに記載されている式は、ダイオードの消費電力の式以外はすべて適用されます。
電力段を計算するには、次の 4 つのパラメータが必要です。
これらのパラメータが判明していれば、電力段の計算を実行できます。
スイッチ電流を計算する最初の手順は、最小入力電圧に対するデューティ・サイクル D を決定することです。ここで最小入力電圧を使用するのは、このときスイッチ電流が最大になるためです。
VIN(min)=最小入力電圧
VOUT=目的の出力電圧
η=コンバータの効率 (例:推定値 80%)
コンバータは消費されるエネルギーも供給する必要があるため、デューティ・サイクルの計算には効率が追加されます。この計算により、効率係数を使用しない場合の式よりも現実的なデューティ・サイクルが得られます。
推定の係数として、たとえば 80% を使用するか (昇圧コンバータのワーストケース効率としては非現実的な数値ではありません)、選択したコンバータのデータシートの「代表的特性」セクションに記載されている数値を調べてください
(関連資料 3 および 4)。
最大スイッチ電流を計算する次の手順は、インダクタのリップル電流を決定することです。コンバータのデータシートでは一般に、IC で使用するために特定の、または一連のインダクタが指定されています。したがって、推奨されるインダクタの値を使用してリップル電流を計算するか、推奨される範囲の中央をインダクタの値にするか、データシートに値が記載されていない場合は、このアプリケーション・ノートの「インダクタの選択」セクションで計算した値を使用します。
VIN(min)=最小入力電圧
D=Equation1 で計算されたデューティ・サイクル
fS=コンバータの最小スイッチング周波数
L=選択したインダクタの値
次に、選択した IC が最大出力電流を供給できるかどうかを判定する必要があります。
ILIM(min)=内蔵スイッチの電流制限の最小値 (データシートに記載)
ΔIL=Equation2 で計算されたインダクタ・リップル電流
D=Equation1 で計算されたデューティ・サイクル
選択した IC の最大出力電流の計算値 IMAXOUT が、システムで必要とされる最大出力電流を下回っている場合は、より高いスイッチ電流制限を持つ別の IC を使用する必要があります。
IMAXOUT の計算値が必要な値よりわずかに小さい場合のみ、選択した IC をインダクタンスの大きいインダクタとともに使用できますが、そのインダクタンスは推奨範囲内の必要があります。インダクタンスが大きいほどリップル電流が減少するため、選択した IC での最大出力電流が増加します。
計算値がアプリケーションの最大出力電流を上回っている場合、システムの最大スイッチ電流は次の式で計算されます。
ΔIL=Equation2で計算されたインダクタ・リップル電流
IOUT(max)=アプリケーションで必要な最大出力電流
D=Equation1 で計算されたデューティ・サイクル
インダクタ、内蔵スイッチ、外付けダイオードは、このピーク電流に耐える必要があります。
多くの場合、データシートには推奨インダクタ値の範囲が記載されています。そのような場合は、その範囲のインダクタを選択することをお勧めします。インダクタの値が大きいほど、リップル電流が減少するため、最大出力電流は大きくなります。
インダクタの値が小さいほど、ソリューション・サイズは小さくなります。インダクタンスが減少すると電流が増加するため、インダクタの電流定格は、常に Equation4 で与えられる最大電流よりも高い必要があることに注意してください。
インダクタの範囲が与えられていない部品の場合、次の式を使用して適切なインダクタの妥当な値を推定できます。
VIN=標準入力電圧
VOUT=目的の出力電圧
fS=コンバータの最小スイッチング周波数
ΔIL=推定インダクタ・リップル電流、以下を参照してください
インダクタが不明なため、インダクタのリップル電流は Equation1 で計算できません。インダクタのリップル電流は、出力電流の 20%~40% と推定するのが妥当です。
ΔIL=推定インダクタ・リップル電流
IOUT(max)=アプリケーションで必要な最大出力電流
損失を低減するには、ショットキー・ダイオードを使用します。必要な順方向電流定格は、最大出力電流と同じです。
IF=整流ダイオードの平均順方向電流
IOUT(max)=アプリケーションに必要な最大出力電流
ショットキー・ダイオードは、平均定格よりもはるかに高いピーク電流定格を備えています。したがって、システムのピーク電流が高くても問題になりません。
チェックする必要があるもう 1 つのパラメータは、ダイオードの消費電力です。次のパラメータを確認する必要があります。
IF=整流ダイオードの平均順方向電流
VF=整流ダイオードの順方向電圧
ほとんどのコンバータは、抵抗分割器ネットワーク (固定出力電圧コンバータには内蔵されています) を使用して出力電圧を設定します。
与えられた帰還電圧、VFB、および帰還バイアス電流 IFB から、分割電圧を計算できます。
抵抗分割器を通過する電流は、帰還バイアス電流の 100 倍以上にする必要があります。
IR1/2=抵抗分割器を追加して GND に流れる電流
IFB=データシートに記載されている帰還バイアス電流
これによる電圧測定の精度の低下は 1% 未満です。この電流を大幅に増やすこともできます。抵抗の値を小さくする唯一の欠点は、抵抗分割器での電力損失が大きくなることで、これによって精度が多少向上します。
上記の前提から、抵抗は次のように計算されます。
R1、R2=抵抗分割器、図 5-1 を参照してください。
VFB=データシートに記載されている帰還電圧
IR1/2=Equation9 で計算される、抵抗分割器を経由して GND に流れる電流
VOUT=目的の出力電圧
入力コンデンサの最小値は通常、データシートに記載されています。この最小値は、スイッチング電源のピーク電流要件を満たすよう入力電圧を安定させるために必要です。ベスト・プラクティスとして、低 ESR (等価直列抵抗) のセラミック・コンデンサを使用します。誘電体の材質には X5R、またはそれより上のものを使用します。これを満たさないと、DC バイアスや温度の関係で、容量の多くが失われる可能性があります (関連資料 7 および 8 を参照)。
入力電圧のノイズが多い場合は、この値を増やしてもかまいません。