JAJSP06B November   2024  – March 2025 TPS54338 , TPS54438 , TPS54538

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 特長
  3. アプリケーション
  4. 概要
  5. ピン構成および機能
  6. 仕様
    1. 5.1 絶対最大定格
    2. 5.2 ESD 定格
    3. 5.3 推奨動作条件
    4. 5.4 熱に関する情報
    5. 5.5 電気的特性
    6. 5.6 代表的特性
  7. 詳細説明
    1. 6.1 概要
    2. 6.2 機能ブロック図
    3. 6.3 機能説明
      1. 6.3.1  固定周波数のピーク電流モード
      2. 6.3.2  モード選択
      3. 6.3.3  基準電圧
      4. 6.3.4  出力電圧設定
      5. 6.3.5  スイッチング周波数の選択/同期
      6. 6.3.6  位相シフト
      7. 6.3.7  イネーブルと低電圧誤動作防止の調整
      8. 6.3.8  外部ソフト スタートおよびプリバイアス付きソフト スタート
      9. 6.3.9  パワー グッド
      10. 6.3.10 最小オン時間、最小オフ時間、および周波数フォールドバック
      11. 6.3.11 周波数スペクトラム拡散
      12. 6.3.12 過電圧保護
      13. 6.3.13 過電流および低電圧保護
      14. 6.3.14 サーマル シャットダウン
    4. 6.4 デバイスの機能モード
      1. 6.4.1 モードの概要
      2. 6.4.2 重負荷Operation
      3. 6.4.3 パルス周波数変調
      4. 6.4.4 強制連続導通変調
      5. 6.4.5 ドロップアウト動作
      6. 6.4.6 最小オン時間operation
      7. 6.4.7 シャットダウン・モード
  8. アプリケーションと実装
    1. 7.1 アプリケーション情報
    2. 7.2 代表的なアプリケーション
      1. 7.2.1 設計要件
      2. 7.2.2 詳細な設計手順
        1. 7.2.2.1 WEBENCH® ツールによるカスタム設計
        2. 7.2.2.2 出力電圧抵抗の選択
        3. 7.2.2.3 スイッチング周波数の選択
        4. 7.2.2.4 ソフトスタート コンデンサの選択
        5. 7.2.2.5 出力インダクタの選択
        6. 7.2.2.6 出力コンデンサの選択
        7. 7.2.2.7 入力コンデンサの選択
        8. 7.2.2.8 フィードフォワード コンデンサ CFFの選択
        9. 7.2.2.9 最大周囲温度
      3. 7.2.3 アプリケーション曲線
    3. 7.3 設計のベスト プラクティス
    4. 7.4 電源に関する推奨事項
    5. 7.5 レイアウト
      1. 7.5.1 レイアウトのガイドライン
      2. 7.5.2 レイアウト例
  9. デバイスおよびドキュメントのサポート
    1. 8.1 デバイス サポート
      1. 8.1.1 サード・パーティ製品に関する免責事項
      2. 8.1.2 開発サポート
        1. 8.1.2.1 WEBENCH® ツールによるカスタム設計
    2. 8.2 ドキュメントのサポート
      1. 8.2.1 関連資料
    3. 8.3 ドキュメントの更新通知を受け取る方法
    4. 8.4 サポート・リソース
    5. 8.5 商標
    6. 8.6 静電気放電に関する注意事項
    7. 8.7 用語集
  10. 改訂履歴
  11. 10メカニカル、パッケージ、および注文情報

出力インダクタの選択

インダクタに最も重要なパラメータは、インダクタンス、飽和電流、および RMS 電流です。インダクタンスは、希望するピーク・トゥ・ピーク・リップル電流ΔiLに基づいており、式 16によって計算することができます。

式 16. I L = V O U T V I N _ M A X × V I N _ M A X - V O U T L × f S W

通常、K 係数はデバイスの最大出力電流に対するインダクタのリップル電流の割合を表し、K の妥当な値は 20%~60% です。経験上、Kの最善の値は30%~約40%であることがわかっています。リップル電流は入力電圧とともに増加するため、最小インダクタンスLの計算には、常に最大入力電圧を使用します。出力インダクタの最小値を計算するには、式 17を使用します。

式 17. L = ( V I N - V O U T ) K × f S W × I O U T _ M A X × V O U T V I N

ここで、

  • K = インダクタ電流のリップル比 (ΔlL / IOUT_MAX)。

一般的に、スイッチング電源にはこの選択をすることが望ましいとされています。これにより、より高速な過渡応答、小さな DCR、コンパクトな設計のためのサイズ削減が可能になるためです。ただし、インダクタンスが低すぎると、インダクタ電流のリップルが過度に増大するため、全負荷時に過電流保護が誤作動を起こす可能性があります。また、電流リップルが大きくなるため、デバイスではインダクタのコア損失も大きくなります。さらに、インダクタ リップル電流が大きいと、同じ出力コンデンサでの出力電圧リップルも増大します。

インダクタンスLを求めたら、最大インダクタ・ピーク電流とRMS電流は式 18式 19で計算できます。
式 18. I L _ P E A K = I O U T + I L 2
式 19. I L _ R M S = I O U T 2 + I L 2 12

理想的には、インダクタの飽和電流定格は、ハイサイド スイッチの電流制限値IHS_LIMIT以上にする必要があります(セクション 5.5参照)。この大きさであれば、出力の短絡時にもインダクタが飽和しないようになります。インダクタのコア材が飽和すると、インダクタンスは非常に小さい値に低下し、インダクタ電流は急増します。電流制限値ILS_LIMITは電流の暴走を防ぐように設計されていますが、飽和インダクタは電流を急速に高値まで上昇させる可能性があり、これはコンポーネントの損傷につながる可能性があります。そのため、インダクタが飽和しないようにしてください。いずれにしても、インダクタの飽和電流が、全負荷時のピーク インダクタ電流の最大値よりも小さくならないようにする必要があります。

このデザイン例では、以下の値を選択します。

  • K = 0.3
  • VIN_MAX = 28V
  • fSW = 500kHz
  • IOUT_MAX = 5A

インダクタ値は5.3μHと計算されます。5.6μHの最も近い標準値を選択します。最大IHS_LIMITは7A、ピーク電流の計算値は5.7A、RMS電流の計算値は5.02Aです。選択したインダクタは、Würth Elektronik、74439346056、5.6μHであり、飽和電流定格は12.1A、RMS電流定格は6.9Aです。

最大インダクタンスは、ピーク電流モード制御を正しく行うために必要な最小電流リップルによって制限されます。サブハーモニック発振を回避するには、公称条件下で、インダクタのリップル電流の最小値がデバイスの最大定格電流(5A)の約10%以上でなければなりません。