JAJSQY8 データシート

JAJSQY8A March 2025 – September 2025 TPS7H5020-SEP , TPS7H5020-SP

PRODMIX

8.2.2.9 出力容量選択

一般に、コンバータに必要な出力容量を決定するために使用できる計算には 2 種類あります。最初の設計は式 62に示すように、設計の出力電圧リップル要件を満たすために必要な出力キャパシタンスの量を決定します。最初に式 64 に示すように、最悪の負荷遷移に対して出力で許容される最大電圧偏差を満たすために必要なキャパシタンスの量を計算します。2 つの計算が実行された後、これらのうち最大の値を設計の出力キャパシタンスとして選択する必要があります。計算は、出力電圧の 2% の目標電圧リップルおよび出力電圧7.5% の最大許容電圧偏差に対して示されています。

式 62.

C_{O U T} > \frac{I_{O U T} \times D_{M A X}}{V_{R I P P L E} \times f_{S W}}

式 63.

C_{O U T} > \frac{4 A \times 0.35}{100 m V \times 500 k H z} = 28 µ F

式 64.

C_{O U T} > \frac{{∆ I}_{S T E P}}{{2 π \times ∆ V}_{O U T} \times f_{C}}

式 65.

C_{O U T} > \frac{4 A}{2 π \times 375 m V \times 4 k H z} = 424.4 μ F

計算に基づき、少なくとも出力容量の 425μF が必要です。コンデンサを選定する際には、経年変化、温度、および DC バイアスを考慮して必要なキャパシタンスの低減（デレーティング）を考慮します。

宇宙用コンバータ設計では、出力キャパシタンスを選定する際に別の考慮事項があります。これは、放射線によって引き起こされる単一事象過渡（SET）の影響です。単一の高エネルギー粒子の衝突は、コントローラの PWM 変動に一時的な変動を引き起こし、それがコンバータの出力電圧過渡を引き起こす可能性があります。したがって、上記の値は電圧リップルおよび／または負荷過渡に対応する最小値を提供しますが、適切な SET 軽減のためには追加のキャパシタンスが必要になる可能性があります。この設計例では、総出力容量の約 470μF を採用しました。

必要に応じて、追加の出力フィルタを使用して、出力段のノイズをさらに低減できます。この出力フィルタは、追加のインダクタと少量のセラミックキャパシタンスで構成されています。フィルタのインダクタンスは、追加されたセラミックキャパシタンスと、設計に必要とされることが決定された大容量出力キャパシタンスの間に配置されます。このアプローチは、必要な部品のサイズや数を大幅に増加させることなく、出力電圧リップルを劇的に低減できます。2 次側フィルタ設計の鍵となるのは、共振周波数をターゲットクロスオーバ周波数より高く、かつスイッチング周波数および大容量出力キャパシタンスの ESR ゼロよりも十分低く選択することです。式 66、式 67、式 68は、ESR ゼロに加え、追加の出力フィルタの共振周波数と減衰を決定するために使用できます。

式 66.

f_{r e s o n a n t} = \frac{1}{2 π \times L_{f} \times C_{O U T_B U L K}}

式 67.

f_{z e r o} = \frac{1}{2 π \times C_{O U T_B U L K} \times {E S R}_{B U L K}}

式 68.

{A t t}_{f s w} = 40 {l o g}_{10} (\frac{f_{s w}}{f_{r e s o n a n t}}) - 20 l o g 10 (\frac{f_{s w}}{f_{z e r o}})

出力フィルタにより高周波でピークが発生する場合、抵抗を使用してこのピーク効果を減衰できます。式 69と式 70をピークの周波数と、適切な減衰を提供するために必要な抵抗の値を決定するために使用できます。

式 69.

ω_{o} = \frac{2 \times (C_{O U T_C E R} + C_{O U T_B U L K})}{L_{f} \times C_{O U T_C E R} \times C_{O U T_B U L K}}

式 70.

R_{f} = \frac{R_{O U T} \times L_{f} \times (C_{O U T_C E R} + C_{O U T_B U L K}) - \frac{L_{f}}{ω_{o}}}{\frac{R_{O U T} \times (C_{O U T_C E R} + C_{O U T_B U L K})}{ω_{o}} - (L_{f} \times C_{O U T_C E R})}