JAJS136K January   2006  – January 2024 TPS5430 , TPS5431

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 1 特長
  3. 2 アプリケーション
  4. 3 概要
  5. 4 ピン構成および機能
  6. 5 仕様
    1. 5.1 絶対最大定格
    2. 5.2 ESD Ratings
    3. 5.3 推奨動作条件
    4. 5.4 熱に関する情報 (DDA パッケージ)
    5. 5.5 電気的特性
    6. 5.6 代表的特性
  7. 6 詳細説明
    1. 6.1 概要
    2. 6.2 機能ブロック図
    3. 6.3 機能説明
      1. 6.3.1  発振周波数
      2. 6.3.2  基準電圧
      3. 6.3.3  イネーブル (ENA) と内部スロースタート時間
      4. 6.3.4  低電圧誤動作防止 (UVLO)
      5. 6.3.5  ブースト･キャパシタ (BOOT)
      6. 6.3.6  出力フィードバック (VSENSE) と内部補償
      7. 6.3.7  電圧フィード･フォワード
      8. 6.3.8  パルス幅変調 (PWM) 制御
      9. 6.3.9  過電流保護
      10. 6.3.10 過電圧保護
      11. 6.3.11 サーマル・シャットダウン
    4. 6.4 デバイスの機能モード
      1. 6.4.1 最小入力電圧付近での動作
      2. 6.4.2 ENA 制御による動作
  8. 7 アプリケーションと実装
    1. 7.1 アプリケーション情報
    2. 7.2 代表的なアプリケーション
      1. 7.2.1 12V 入力から 5.0V 出力
        1. 7.2.1.1 設計要件
        2. 7.2.1.2 詳細な設計手順
          1. 7.2.1.2.1 WEBENCH® ツールによるカスタム設計
          2. 7.2.1.2.2 スイッチング周波数
          3. 7.2.1.2.3 入力キャパシタ
          4. 7.2.1.2.4 出力フィルタ部品
            1. 7.2.1.2.4.1 インダクタの選択
            2. 7.2.1.2.4.2 キャパシタの選択
          5. 7.2.1.2.5 出力電圧設定点
          6. 7.2.1.2.6 ブート コンデンサ
          7. 7.2.1.2.7 キャッチ ダイオード
          8. 7.2.1.2.8 詳細情報
            1. 7.2.1.2.8.1 出力電圧の制限
            2. 7.2.1.2.8.2 内部補償回路
            3. 7.2.1.2.8.3 熱に関する計算
        3. 7.2.1.3 アプリケーション曲線
      2. 7.2.2 TPS5430 を使用した広い入力電圧範囲
        1. 7.2.2.1 設計要件
        2. 7.2.2.2 詳細な設計手順
        3. 7.2.2.3 TPS5431 を使用した広い入力電圧範囲
          1. 7.2.2.3.1 設計要件
          2. 7.2.2.3.2 詳細な設計手順
      3. 7.2.3 セラミック出力フィルタ キャパシタを使用する回路
        1. 7.2.3.1 設計要件
        2. 7.2.3.2 詳細な設計手順
          1. 7.2.3.2.1 出力フィルタ部品の選択
          2. 7.2.3.2.2 外部補償回路
    3. 7.3 電源に関する推奨事項
    4. 7.4 レイアウト
      1. 7.4.1 レイアウトのガイドライン
      2. 7.4.2 レイアウト例
  9. 8 デバイスおよびドキュメントのサポート
    1. 8.1 デバイスのサポート
      1. 8.1.1 サード・パーティ製品に関する免責事項
      2. 8.1.2 開発サポート
        1. 8.1.2.1 WEBENCH® ツールによるカスタム設計
    2. 8.2 ドキュメントの更新通知を受け取る方法
    3. 8.3 サポート・リソース
    4. 8.4 商標
    5. 8.5 静電気放電に関する注意事項
    6. 8.6 用語集
  10. 9 Revision History
  11. 10メカニカル、パッケージ、および注文情報
7.2.1.2.4.2 キャパシタの選択

出力キャパシタの設計で重要な要因は、DC 電圧定格、リップル電流定格、および等価直列抵抗 (ESR) です。DC 電圧定格とリップル電流定格は、超えることができません。ESR とインダクタ･リップル電流によって出力リップル電圧が決まるため、ESR は重要です。出力キャパシタの実際の値は重要ではありませんが、実用上の制限がいくつかあります。設計上の目的とする閉ループのクロスオーバー周波数と、出力フィルタの LC コーナー周波数との関係に注意してください。内部補償の設計の観点から、閉ループのクロスオーバー周波数は 3kHz～30kHz の範囲内に維持することをお勧めします。この周波数の範囲では、十分な位相ブーストが得られ、動作が安定します。この設計例では、目的とする閉ループのクロスオーバー周波数が 2590Hz～24kHz の範囲内であり、出力キャパシタの ESR ゼロよりも低いことを想定しています。これらの条件では、閉ループのクロスオーバー周波数は、以下の式によって LC コーナー周波数に関連付けられます。

式 7. GUID-AAE6836D-23DF-4F1A-BBF6-F4BB2E2C7CED-low.gif

また、出力フィルタの出力キャパシタの要求値は、以下の値になります。

式 8. GUID-032D41D4-D6D9-4650-9350-714C4A1117AB-low.gif

目的のクロスオーバーが 18kHz で 15μH のインダクタを使用している場合、出力キャパシタの計算値は 220μF になります。ESR ゼロがループ クロスオーバーよりも大きくなるように、キャパシタのタイプを選択する必要があります。最大 ESR は次の式で計算されます。

式 9. GUID-1CF891B0-06A6-415F-AC36-7274F43FF2AB-low.gif

出力キャパシタの最大 ESR は、設計の初期パラメータの指定に従って、出力リップルの量も決定します。出力リップル電圧は、インダクタのリップル電流に出力フィルタの ESR を乗じた値です。キャパシタのデータシートに記載されている最大 ESR の仕様が、許容可能な出力リップル電圧を満たすことを確認してください。

式 10. GUID-D4BF420D-3956-46F1-A729-290EE79C1487-low.gif

ここで、

  • ΔVPP は要求されるピーク･ツー･ピーク出力リップルです。
  • NC は並列に配置された出力キャパシタの数です。
  • FSW はスイッチング周波数です。

この設計例では、単一の 220μF 出力キャパシタを C3 として選択しています。計算で求めた RMS リップル電流は 143mA であり、必要な最大 ESR は 40mΩ です。これらの要件を満たすコンデンサは、定格 10V、最大 ESR 40mΩ、リップル電流定格 3A の Sanyo Poscap 10TPB220M です。追加の小さな 0.1μF セラミック バイパス コンデンサも使用できますが、この設計には含まれていません。

出力キャパシタの最小 ESR も考慮する必要があります。最適な位相マージンを得るために、ESR が最小になるときの ESR ゼロは、24kHz および 54kHz の内部補償の極よりも極端に高くならないようにしてください。

選択する出力キャパシタは、目的の出力電圧とリップル電圧の半分を加算した値よりも高い定格にする必要があります。ディレーティングした量もこの計算に含める必要があります。出力キャパシタの最大 RMS リップル電流は、式 11 で求められます。

式 11. GUID-B2EF6D26-081D-43CD-8247-577A15E6CDEF-low.gif

ここで、

  • NC は並列に配置された出力キャパシタの数です。
  • FSW はスイッチング周波数です。

アプリケーションによっては、その他のタイプのキャパシタを TPS5430 と併用することができます。