JAJA758 October   2022 LM5123-Q1

 

  1.   1
  2.   LM5123 を使用して昇圧コンバータを設計する方法
  3.   商標
  4. 1設計例
  5. 2計算と部品の選択
    1. 2.1  スイッチング周波数
    2. 2.2  インダクタの初期計算
    3. 2.3  電流センス抵抗の選択
    4. 2.4  インダクタの選択
    5. 2.5  出力コンデンサの選択
    6. 2.6  入力コンデンサの選択
    7. 2.7  帰還抵抗の選択
    8. 2.8  UVLO 抵抗の選択
    9. 2.9  ソフトスタート・コンデンサの選択
    10. 2.10 制御ループの補償
      1. 2.10.1 クロスオーバー周波数 (fcross) の選択
      2. 2.10.2 RCOMP の選択
      3. 2.10.3 CCOMP の選択
      4. 2.10.4 CHF の選択
    11. 2.11 MOSFET の選択
  6. 3実装結果
  7. 4小信号周波数解析
    1. 4.1 昇圧レギュレータの変調器のモデル化
    2. 4.2 補償のモデル化
    3. 4.3 開ループのモデル化
  8. 5リソース

2.5 出力コンデンサの選択

出力コンデンサは、負荷電圧リップルを平滑化するために必要であり、負荷過渡時にエネルギー源となります。出力コンデンサ・バンクと制御ループ帯域幅は、レギュレータの動的な負荷過渡応答に影響を及ぼします。制御ループが新しい動作ポイントに合わせて調整できるまで、出力コンデンサは負荷にエネルギーを供給します。制御ループのクロスオーバー周波数は、式 11 を使って昇圧プラント伝達関数の右半面ゼロ周波数の約 1/8 と推定されます。

式 11. fCROSSest=ωRHP2π∙8=VSUPPLY22π∙8∙POUTmax∙LM=8V22π∙8∙200W∙2.6µH=2.45kHz

制御ループのクロスオーバー周波数の推定値は 2.45kHz です。右半面ゼロ周波数の最小値は、最小入力電圧および最大出力電力のときに発生することに注意してください。

目標クロスオーバー周波数を選択してから、式 12 を使って、特定の負荷ステップにおける過渡応答に基づいて最小出力容量を計算し ます。可変出力電圧設計では、最小目標負荷電圧時に最大負荷ステップが発生し、それに応じて出力容量の大きさが決まります。

式 12. C O U T e s t ≥ Δ I L O A D 2 π ∙ Δ V L O A D ∙ f C R O S S e s t = 4.167 A 2 π ∙ 360 m V ∙ 2.45 k H z = 752 µ F

ここで、

  • ΔILOAD は与えられた負荷ステップです。この例では、半負荷から全負荷までです。
  • ΔVLOAD は、負荷過渡によって生じる負荷電圧のアンダーシュートです。この例では、その値は目標負荷電圧の 1.5% です。

出力容量の計算値は 752μF であり、この設計では 900μF を選択します。

出力コンデンサは、ローサイド・スイッチのオフ時間中の RMS 電流を処理できる定格が必要です。最大出力リップル電流は、式 13 を使って推定されます。

式 13. I C O U T r m s = 1 - D I L O A D 2 ∙ D 1 - D 2 + Δ I L 2 12 = 1 - 0.667 8.33 A 2 ∙ 0.667 1 - 0.667 2 + 4.66 A 2 12 = 11.82   A

ここで

  • ΔIL は、のピーク・ツー・ピーク・リップルです。

出力コンデンサ・バンクの推定 RMS 電流は 11.82A です。出力コンデンサ RMS 電流の最大値は、ワーストケースの動作条件、すなわち最小電源電圧、最大負荷電圧、最大電力のときに発生します。出力コンデンサ・バンクは、電解コンデンサとセラミック・コンデンサで構成されています。それぞれの化学的特性が設計に利点をもたらします。電解コンデンサは、低周波数のエネルギー蓄積のために大きなバルク容量を備えており、負荷過渡の要求に対応します。この特性を比較的小さなフットプリントで実現します。セラミック・コンデンサは、低 ESR および低 ESL のデカップリング・パスを提供し、負荷電圧に結合されるスイッチング・ノイズを最小限に抑えます。セラミック・コンデンサは通常、非常に高い RMS 電流定格を備えています。それぞれの化学的特性に利点があるので、出力コンデンサ・バンクは、電解コンデンサとセラミック・コンデンサで構成されています。