1 はじめに

LM5177 昇降圧コントローラは、幅広い入出力電圧に対応してカスタマイズ可能な DC 電源の設計に使用され、さらに、入力 / 出力電流制限機能を備えています。この昇降圧コントローラには、平均電流制限、ピーク電流制限、動的な電流制限など、DC 電源電流を制御するための多くの機能が組み込まれています。本アプリケーション・ノートでは、アナログ電圧トラッキング機能を使用した LM5177 による動的な電流制限機能の実装について説明します。コントローラの動的な電流制限機能によって、電源の動作やハードウェアの変更に関係なく、電源が出力電流を動的に調整できるようになります。コントローラの他の電流制限機能は、電源動作中は静的であり、部品の選択によって異なります。したがって、動的な電流制限機能は、可変電流制限を持つ定電流源を必要とする多くのアプリケーションにとって重要な機能です。たとえば、動作制限が広範に及ぶローパワー LED モジュールの輝度を調整することが可能です。さらに、動的な電流制限は、ワイヤレスの誘導チャージャや、温度補償が必要な家電製品の定電流源として重要な役割を果たします。

アナログ電圧トラッキングを使用したコンバータの出力電流に対する動的制御は、電圧制御電流源に似ています。アナログ電圧トラッキングの場合、昇降圧コントローラの ATRK ピンに外部アナログ信号が印加され、このピンに印加される電圧レベルに応じて出力電圧が変化します。出力電圧の変化は、出力電流制限の変化に反映されます。この機能を使用可能にするには、ATRK ピンに印加されるアナログ信号が LM5177 の V_ref よりも小さい必要があります。ATRK 信号によってエラー・アンプのリファレンス値が変化し、これによって電力段 PWM のデューティ・サイクルが変化します。アナログ電圧トラッキングを使用した動的な電流制限のブロック図を 図 1-1 に示します。

図 1-1 アナログ電圧トラッキング機能を使用した動的電流制御

多くのアプリケーションでは、負荷電流を変化させる必要があるため、出力電流を調整するコントローラが必要になります。このため、図 1-1 では、ATRK ピンのアナログ・トラッキング信号を生成するためにマイコンが使用されています。出力電流の変化を検出するために、電力段の出力にシャント抵抗が使用されます。抵抗値により、最大測定電圧 50mV まで電流検出制限を調整できます。センス電圧がトランスコンダクタンス・アンプに供給され、対応する電流は、プルダウン抵抗を使用して昇降圧コントローラの IMONOUT ピンの出力で電圧レベルとして測定されます。この値は、マイコン ADC の最大リファレンス電圧に従って選択されます。本アプリケーション・ノートでは、抵抗値はそれぞれ 18mΩ と 12kΩ に設定されています。これらの値は、最大測定出力電流 2.77A とそれに対応する値 1.5V に相当します。

これらの値は、選択したマイコンの要件に応じて適用できます。この場合、MSP-EXP430FR2355 開発キットを使用します。次に、IMONOUT ピンで生成されたアナログ電圧がマイコン ADC に接続され、アナログ信号がデジタル値に変換されます。マイコンはデジタル・フィルタを使用して、デジタル・エラー信号を生成します。このデジタル・エラー信号は、マイコン DAC を使用して、アナログ・エラー信号として供給されます。マイコンのデジタル・フィルタの設計手順については、次節で説明します。