JAJA722A June   2020  – November 2022 LM5156 , LM5156-Q1 , LM51561 , LM51561-Q1 , LM51561H , LM51561H-Q1 , LM5156H , LM5156H-Q1

 

  1.   LM5156 を使用して昇圧コンバータを設計する方法
  2. 1LM5156 の設計の例
  3. 2サンプル・アプリケーション
  4. 3計算と部品の選択
    1. 3.1  スイッチング周波数
    2. 3.2  インダクタの計算
    3. 3.3  電流検出抵抗の計算
      1. 3.3.1 電流検出抵抗と勾配補償抵抗の選択
      2. 3.3.2 電流検出抵抗のフィルタの計算
    4. 3.4  インダクタの選択
    5. 3.5  ダイオードの選択
    6. 3.6  MOSFET の選択
    7. 3.7  出力コンデンサの選定
    8. 3.8  入力コンデンサの選択
    9. 3.9  UVLO 抵抗の選択
    10. 3.10 ソフトスタート・コンデンサの選択
    11. 3.11 帰還抵抗の選択
    12. 3.12 制御ループの補償
      1. 3.12.1 ループのクロスオーバー周波数 (fCROSS) の選択
      2. 3.12.2 必要な RCOMP の判定
      3. 3.12.3 必要な CCOMP の判定
      4. 3.12.4 必要な CHF の判定
    13. 3.13 効率の推定
  5. 4部品の選択の概要
    1.     25
  6. 5小信号の周波数解析
    1. 5.1 昇圧レギュレータの変調器のモデル化
    2. 5.2 補償のモデル化
    3. 5.3 開ループのモデル化
  7. 6改訂履歴

インダクタの計算

インダクタンスの値を選択するときは、インダクタの電流リップル比 (RR)、インダクタの電流の立ち下がり勾配、制御ループの右半面のゼロ周波数 (ωZ_RHP) という 3 つの主要パラメータを考慮します。これら 3 つのパラメータのバランスを取ることで、設計プロセスの残りの部分を簡素化できます。

  • インダクタの電流リップル比は、インダクタの銅での損失とコアでの損失との間でバランスをとれるように選択します。相対リップル電流が増加すると、コアでの損失は増加し、銅での損失は減少します
  • インダクタ電流の立ち下がり勾配は、分数調波発振を防止するのに十分な値まで小さくする必要があります。インダクタンス値が比較的大きいと、インダクタ電流の立ち下がり勾配が小さくなります。これにより、LM5156 による内部勾配補償の影響が大きくなります。
  • 右半面のゼロは比較的高い周波数に配置して、制御ループのクロスオーバー周波数を高くできるようにします。相対インダクタンス値が小さくなると、右半面のゼロ周波数が増加します。

最大リップル比が 30%~70% の場合、インダクタの電力損失、インダクタ電流の下り勾配、右半面のゼロ周波数の間で適切なバランスが得られます。インダクタ電流の最大リップル比は 60% に設定されています。連続導通モード (CCM) 動作では、最大リップル比はデューティ・サイクルが 33% (DmaxΔIL = 0.33) のときに発生します。アプリケーションの仕様でデューティ・サイクルが 33% にならない場合、最大電源電圧を使用して最大リップル比を計算します。Equation2 を使用して、デューティ・サイクルが 33% (D = 0.33) になる電源電圧を計算します。

Equation2. GUID-A84633BE-1CF1-4E2A-8577-132967A62756-low.gif

ここで

  • DmaxΔIL は、インダクタのリップル電流が最大になるデューティ・サイクルです

VSUPPLY_MAX_ΔIL、目的のリップル比、スイッチング周波数が判明していれば、Equation3 を使用してインダクタ値を計算できます。

Equation3. GUID-2736F34F-E289-4A1F-A7FA-F1C09D825DA2-low.gif

ここで

  • D は、インダクタのリップル電流が最大になるデューティ・サイクルです
  • RR は、インダクタのリップル電流と平均電源電流とのリップル比です

LM には、標準値として 2.2µH が選択されます。ピーク・インダクタ電流は、電源電圧が最小値 VSUPPLY_min で、負荷電流が最大値 ILOAD_max のとき最大になります。ピーク・インダクタ電流は、Equation4 を使用して計算します。これは、平均入力電流と、インダクタ・リップル電流の 1/2 との和です。

Equation4. GUID-062B8B17-9902-4F8D-8923-D4BF10F80A6B-low.gif

ここで

  • η は、最小電源電圧および最大負荷電流での推定効率です

ピーク・インダクタ電流を使用して、電流検出抵抗 RS のサイズを適切に設定します。