低リップルと低ノイズは通常、電源の 2 つの異なる特徴を示しています。リップルとは、スイッチング周波数による出力電圧の変動を指します。この変動をスコープで測定し、第 2 段の LC フィルタを使用して低減します。ノイズとは通常、100Hz～100kHz の周波数範囲における電圧変動を指し、通常はノイズ スペクトラムを使用して測定され、独自の IC 設計によって制限されます。低リップルが必要で、低ノイズの必要がない一部のアプリケーションでは、汎用ピーク電流モード降圧レギュレータとして、第 2 段目の LC フィルタを使用する設計方法が推奨されます。

第 2 段のフィルタを使用する降圧コンバータの方式を、図 2-2 に示します。2 次ローパス フィルタは、インダクタ L2 とコンデンサ C2 によって形成されます。フィルタとともに新しい共役極のペアが導入されており、高周波ゲインの減衰により、スイッチング周波数における出力電圧リップルとノイズを低減できます。インダクタ L2 とコンデンサ C2 の選択方法は、アプリケーション ノートで分析されています。

第 2 段のフィルタを使用する電源設計の方式を、図 2-3 から図 2-5 までに示します。これらは、それぞれ第 1 段センス、第 2 段センス、ハイブリッド センスを使用する電源設計に対応しています。それぞれの設計の長所と短所を以下にまとめます。

• 第 1 段センスを使用する場合、帰還センス ポイントは Vo1 で、L2 の DCR での電圧降下を補償できないので、ロード レギュレーションの性能が低下します。ただし、第 2 段のフィルタの 2 極が制御ループに含まれていないため、安定性には優れています。
• 第 2 段センスを使用すると、L2 の DCR での電圧降下を補償できます。ただし、第 2 段のフィルタの 2 極が、ループの応答に明確な影響を及ぼす可能性があります。L2 と C2 の値が大きくなると、第 2 段のフィルタにある 2 極の周波数が低下し、帯域幅に近づく可能性があります。その場合、位相マージンが減少し、不安定性を引き起こす可能性があります。これにより、第 2 段のフィルタに選択できる部品の最大値が制限され、出力リップルを低減する能力も制限されます。
• ハイブリッド センスを使用する場合、フィードフォワード コンデンサ Cff を Vo1 に接続し、上側帰還抵抗 R1 を Vo2 に接続します。Vo1 の AC 変動を VFB と結合し、合計帰還における Vo2 の AC 変動部分を減らすことができます。これは、2 段目のフィルタがループの安定性に及ぼす影響を低減するのに役立ちます。また、DC レギュレーションが Vo2 からの帰還に基づくため、ロードレギュレーション性能も優れています。したがって、ハイブリッド フィードバック センスを使用すると、ループの安定性と出力の精度を同時に確保できます。

ハイブリッド センスに明らかな利点があるため、リファレンス デザインではこのセンス方式を基礎としています。

PCM 降圧コンバータ TPS62933F を使用し、2 段目のフィルタとハイブリッド センス機能を搭載した TIDA-050073 のブロック図を、図 2-6 に示します。このアプリケーション ノートでは、ハイブリッド センス ループの安定性を分析する方法について解説します。