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

2.3 電流センス抵抗の選択

LM5123 には、 電流センス・アンプの入力を基準として、45mV の固定スロープ補償ランプがあり、60mV の検出ピーク電流制限があります。電流センス抵抗の大きさは、スロープ補償が固定値であるため、低調波の発振を防止できるように、また、最大の電力供給が可能になるように設定されています。その選択プロセスは、反復プロセスです。これら 2 つの個別の境界条件を分析することで、正しい抵抗値を計算できます。

最大電流センス抵抗の値は、低調波発振を防止するのに十分なスロープ補償に基づいて、式 7 に示すように計算されます。最大電流センス抵抗の値は、最小電源電圧および最大目標負荷電圧で発生する最大デューティ・サイクルにおいて計算されます。

式 7. R C S s l o p e ≤ 1.5 ∙ L M ∙ V S L ∙ f S W V L O A D - V S U P P L Y = 1.5 ∙ 2.6 µ H ∙ 45 m V ∙ 440 k H z 35 V - 8 V = 2.86   m Ω

計算に基づき、最大デューティ・サイクルで低調波の発振を防止するためには、電流センス抵抗の最終的な選択値は、 2.86mΩ 未満にする必要があります。RCSmax の値は、選択したインダクタンスの値に比例することに注意してください。

セクション 2.2 で計算されたピーク・インダクタ電流を使って、最大出力電力が得られる電流センス抵抗の大きさを決定します。部品の公差および電力損失があるため、計算されたピーク・インダクタ電流よりもいくらか余裕を見て、大きめのピーク電流制限を選択します。通常、5%～20% の範囲を使用します。この例では、 20% のマージンを選択します。ピーク・インダクタ電流制限は、式 8 を使って計算します。

式 8. I L P E A K l i m i t s e t = 1 + M L I M I T ∙ I L P E A K m a x = 1 + 0.2 ∙ 27.67 A = 33.2 A

ここで、

  • MLIMIT は、計算されたピーク・インダクタ電流を上回る選択マージンです

電流センス抵抗で設定する最小ピーク電流制限は、 33.2A より大きくする必要があります。理想的な抵抗値は、式 9 を使用して計算します。

ここで、

式 9. R C S p o w e r ≤ V C L I L P E A K l i m i t s e t = 60 m V 33.2 A = 1.8   m Ω
  • VCL は、デバイスの 60mV 固定電流制限です。

最大電力を許容するには、抵抗値を 1.8mΩ 未満にする必要があります。

低調波発振は、RCSslope の値が RCSpower の値よりも大きい設計で発生する可能性があります。この状態が発生した場合、インダクタのリップル比を小さくする必要があるため、セクション 2.2 の手順を再度検討する必要があります。リップル比を小さくすると、実効スロープ補償が増加します。この設計例ではスロープ補償で十分であり、電流センス抵抗の値には標準値の 1.5mΩ を選択します。式 9 を整理すれば 式 10 となり、ピーク・インダクタ電流制限が計算されます。

式 10. I L P E A K l i m i t = V C L R C S = 60 m V 1.5 m Ω = 40   A

1.5mΩ という値を選択すると、ピーク・インダクタ電流制限は 40A となります。