JAJA960 アプリケーション・ノート

JAJA960 July 2025 LM25184 , LM2611 , LM27761 , LM5158 , LMR33640 , TLV171 , TPS63700

2.4 Cuk レギュレータを使用して負の電源を生成する

Cuk レギュレータは、正の入力電圧電源から負の電源を生成することもできます。Cuk レギュレータのトポロジを図 2-8 に示します。

図 2-8 Cuk コンバータトポロジ

1 段目では、スイッチ Q1 がオンになり、ダイオード D がオフになります。インダクタ L1 の電流は直線性を増加させ、カップリングコンデンサ C は、出力コンデンサ C_out に放電し、インダクタ L2 によって負荷を受けます。C が十分に大きいため、インダクタ L2 の電流は直線性を高めます。2 段目では、スイッチ Q1 がオフになり、ダイオード D のスイッチがオンになります。カップリングコンデンサ C は、インダクタ L1 と入力電源によって充電されます。カップリングコンデンサ C の電圧は高くなります。インダクタ L2 は出力コンデンサ Cout とダイオード D による負荷を充電します。式 8 に、Cuk コンバータの Q1 とダイオード (D) のデューティおよびストレス電圧を示します。お客様は、式 8、式 9、式 10、式 11、式 12 に従って MOSFET とダイオードを選択できます。

式 8.

D = \frac{|V_{o u t p u t}| + V_{F}}{|V_{o u t p u t}| + V_{i n p u t} + V_{F}}

式 9.

V_{Q 1} = V_{i n p u t} + |V_{o u t p u t}| + V_{f} + \frac{V_{C_r i p p l e}}{2}

式 10.

V_{D} = V_{i n p u t} + |V_{o u t p u t}| + V_{f} + \frac{V_{C_r i p p l e}}{2}

式 11.

I_{L 1_a v g} = \frac{|V_{o u t p u t}| \times I_{o u t p u t}}{V_{i n p u t} \times η}

式 12.

I_{L 2_a v g} = I_{o u t p u t}

LM2611 は、1.4MHz のスイッチング周波数で 2.7V ～ 14V で動作できる電流モード Cuk レギュレータです。お客様は、前述の式を使用して、特定の入力電圧における最小出力電圧を推定できます。出力電圧は式 13 で構成できます

式 13.

V_{o u t p u t} = - (1 + \frac{R_{T}}{R_{B}}) \times V_{R E F} = - 1.23 \times (1 + \frac{R_{T}}{R_{B}})

市場にはお客様のさまざまな用途に対応できる Cuk コンバータが少ないため、お客様は昇圧レギュレータを使用して Cuk コンバータを構築することもできます。ただし、ほとんどの昇圧コンバータのフィードバックには正の入力フィードバック電圧が必要であるため、設計者は、外部インバータアンプを追加して負の出力を正フィードバックの電圧に変換する必要があります。たとえば、図 2-9 のように、設計者は LM5158 と TLV171 を使用して Cuk コンバータを構築できます。出力電圧を式 14 をに示します

式 14.

V_{o u t p u t} = - \frac{R_{f}}{R_{1}} \times V_{R E F}

図 2-9 昇圧コンバータを使用した Cuk コンバータの構築