JAJU897 june   2023 BQ24072 , LMR36520 , TLV62568 , TPS2116

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   リソース
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計上の考慮事項
      1. 2.2.1 24VAC から DC への整流
      2. 2.2.2 eFuse 保護
      3. 2.2.3 5V レール
        1. 2.2.3.1 LMR36520 電圧レール
        2. 2.2.3.2 USB 電源入力
      4. 2.2.4 電源の OR 接続
      5. 2.2.5 バッテリ管理
      6. 2.2.6 3.3V 電源レール
      7. 2.2.7 電源レールの電流センシング
      8. 2.2.8 バックライト用 LED ドライバ
      9. 2.2.9 BoosterPack の概要
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1 LMR36520
      2. 2.3.2 TPS2216
      3. 2.3.3 TLV62568
      4. 2.3.4 INA2180
      5. 2.3.5 TPS92360
      6. 2.3.6 TPS2640
      7. 2.3.7 BQ24072
  9. 3ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 3.1 ハードウェア要件
    2. 3.2 テスト構成
    3. 3.3 テスト結果
      1. 3.3.1  24VAC のスタートアップとシャットダウン
      2. 3.3.2  USB のスタートアップとシャットダウン
      3. 3.3.3  OR 接続
      4. 3.3.4  LMR36520
      5. 3.3.5  TLV62568 の過渡応答
      6. 3.3.6  BM24072 の過渡応答
      7. 3.3.7  TLV62568 (3V3 電源レール)
      8. 3.3.8  LMR36520 (LMOut 電源レール)
      9. 3.3.9  BM24072 (BMOut電源レール)
      10. 3.3.10 リファレンス
        1. 3.3.10.1 TLV62568
        2. 3.3.10.2 LMR36520
  10. 4設計とドキュメントのサポート
    1. 4.1 設計ファイル
      1. 4.1.1 回路図
      2. 4.1.2 BOM
    2. 4.2 ツールとソフトウェア
    3. 4.3 ドキュメントのサポート
    4. 4.4 サポート・リソース
    5. 4.5 商標
  11. 5著者について

2.2.3.1 LMR36520 電圧レール

LMR36520 デバイスは、この設計に最適な選択肢です。このデバイスは非常に広い入力電圧範囲 (4.2V～65V) と 2A の負荷容量を備えています。LMR36520 は無負荷時の静止電流も小さく、軽負荷時に高い効率を実現します。

LMR36520 は整流された 24VAC ソースを 5VDC に変換し、TIDA-010932 の主電源として使用されます。

GUID-20230530-SS0I-BRZK-G1M9-TXWW4ZXW5X5W-low.png図 2-5 LMR36520 の実装

LMR36520 の出力電圧は、分圧抵抗回路を使用して外部で調整可能です。推奨される出力電圧範囲は、データシートの「推奨動作条件」に記載されています。 分圧回路は RFBT と RFBB で構成され、出力電圧とコンバータの間のループを閉じています。コンバータは、FB ピン電圧を内部基準電圧 (VREF) と同じ電圧に保持することで、出力電圧をレギュレートします。分圧器の抵抗値は、ノイズの過剰な混入と出力の過剰な負荷との折り合いを付けることで決定します。抵抗値を小さくすると、ノイズの影響は小さくなりますが、軽負荷時の効率も低下します。RFBT の推奨値は 100kΩ (最大値は 1MΩ) です。RFBT に 1MΩ を選択する場合、この抵抗の両端にフィードフォワード・コンデンサを接続し、十分なループ位相マージンを確保する必要があります。

式 19. R F B B = R F B T V O u t V R e f - 1 = 100   k Ω 5   V 1   V - 1 = 25   k Ω

この設計では、RFBB = 25kΩ、RFBT = 100kΩ になります。

インダクタを選択するためのパラメータはインダクタンスと飽和電流です。目的のピーク・ツー・ピーク・インダクタ・リップル電流がデバイスの最大出力電流定格の 20%～40% の範囲に収まるように、インダクタを選択します。経験上、インダクタのリップル電流の最適な値は最大負荷電流の 30% であることがわかっています。このデバイスで利用可能な最大電流よりも最大負荷電流の方がはるかに小さいアプリケーションの場合でも、リップル電流を選択する際はデバイスの最大電流を使用してください。式 6 を使用して、インダクタンスの値を決定することができます。定数 K はインダクタ電流リップルのパーセンテージです。この設計では K = 0.37 を使用します。入力電圧が 42V の場合、L = 15μH のインダクタンスが求められます。

式 6. L = V I N - V O U T f S W x K x I O U T   m a x × V O U T V I N = 42   V - 5   V 400   k H z x 0.37 x 2   A × 5   V 42   V = 15   μ H

フェライト・コア材を採用したインダクタは飽和特性が非常に急峻ですが、コア損失は通常、圧粉コアよりも小さいです。圧粉コアは穏やかな飽和特性を示すため、インダクタの電流定格をある程度緩和できます。ただし、圧粉コアは約 1MHz を超える周波数でコア損失が大きくなります。いずれにしても、インダクタの飽和電流がデバイスのローサイド電流制限値 (ILIMIT) よりも小さくならないようにする必要があります。分数調波発振を防止するため、インダクタンス値が式 7 で与えられる値よりも小さくならないようにする必要があります。

式 7. L M I N ≥ M × V O U T f S W = 0.42 × 5   V 400   k H z = 5.25   μ H

ここで、

  • Lmin = 最小インダクタンス (H)
  • M = 0.42
  • fSW = スイッチング周波数 (Hz)

出力コンデンサの値、およびそれぞれの ESR により、出力電圧リップルと負荷過渡性能が決まります。出力コンデンサ・バンクは通常、出力電圧リップルではなく負荷過渡要件によって制限されます。式 8 を使用して、合計出力容量の下限と、指定された負荷過渡を満たすのに必要な ESR の上限を推定できます。

式 8. C O U T ≥ Δ I O U T f S W × Δ V O U T × K x 1 - D × 1 + K + K 2 12 x ( 2 - D )
式 9. E S R ≦ ( 2 + K ) × Δ V O U T 2 × 1 + K + K 2 12 × 1 + 1 ( 1 - D )
式 10. D = V O U T V I N

ここで

  • ΔVOUT = 出力電圧過渡
  • ΔIOUT = 出力電流過渡
  • K = インダクタの選択によるリップル係数

出力コンデンサと ESR を計算した後、式 11 を使用して出力電圧リップルをチェックします。

式 11. V r ≅ Δ I L x E S R 2 + 1 ( 8 x f S W × C O U T ) 2

セラミック入力コンデンサは、レギュレータに低インピーダンス・ソースを供給するだけでなく、リップル電流を供給して、他の回路からスイッチング・ノイズを絶縁します。LMR36520 の入力には、少なくとも 4.7μF のセラミック容量が必要です。これは、少なくともアプリケーションが必要とする最大入力電圧を定格とする必要があり、可能であれば、最大入力電圧の 2 倍が推奨されます。この容量を増やすことで、入力電圧リップルを低減し、負荷過渡時の入力電圧を維持できます。入力スイッチング電流のほとんどは、セラミック入力コンデンサを流れます。この電流の RMS 近似値は、式 12 から計算でき、メーカーの最大定格に照らしてチェックする必要があります。

式 12. I R M S ≅ I O U T 2

場合によっては、RFBT の両端にフィードフォワード・コンデンサを接続して、負荷過渡応答やループ位相マージンを改善できます。この方法は 100kΩ より大きい RFBT を使用する場合に特に有効です。RFBT の値が大きいと、FB ピンの寄生容量との組み合わせにより、小さな信号極が形成されてループの安定性に影響を与える可能性があります。CFF は、この影響を緩和するのに役立ちます。式 13 を使用して、CFF の値を推定できます。

式 13. C F F < V O U T × C O U T 120 × R F B T × V R E F V O U T