JAJSW89 March 2025 TPSM843321
PRODUCTION DATA
このデバイスは、さまざまな LC フィルタと組み合わせて使用できるよう設計されており、コストとサイズを削減するため、可能な限り小さな出力容量を使用することが求められます。出力容量は次の仕様に直接影響するため、出力容量 COUT は注意して選択します:
出力リップルは基本的に 2 つの部分で構成されます。1つは、出力コンデンサの等価直列抵抗(ESR)を流れるインダクタ リップル電流に起因する成分です。
もう1つは、出力コンデンサを充電および放電するインダクタ リップル電流に起因する成分です。
ここで、
K = インダクタ電流のリップル比 (ΔIL / IOUT_MAX) です。
電圧リップルの2つの成分は位相がずれているため、実際のピーク ツー ピーク リップルは2つのピークの合計よりも小さくなります。
通常、大きな電流ステップや高速スルーレートといった厳しい電圧レギュレーションが必要とされるシステムでは、出力コンデンサは出力電圧リップルではなく、負荷過渡要件によって制限されます。大きな負荷ステップが発生すると、出力コンデンサは、インダクタ電流が適切なレベルに増加できるまで必要な電荷を供給します。コンバータの制御ループは、インダクタ電流を新しい負荷レベルに等しく調整するため、通常は 8 クロック サイクル以上にする必要があります。出力容量は、8 クロック サイクルの電流差分を供給し、指定した範囲内での出力電圧を一定に保持するのに十分な大きさが必要です。式 18 に、指定のVOUT オーバーシュートおよびアンダーシュートに必要な最小出力容量を示します。
ここで、
この設計例では、目標出力リップルは 30mV です。ΔVOUT_ESR = ΔVOUT_C = 30mV と仮定し、K = 0.6 を使用しています。式 16 では最大 16.7mΩ の ESR が発生し、式 17 では 7.5μF 以上の COUT が発生します。この設計のオーバーシュートおよびアンダーシュート制限では、出力電流ステップが ΔIOUT = 2.4A、SRΔIOUT = 0.8A/μs の場合、ΔVOUT_SHOOT < 5% × VOUT = 250mV となります。COUT は、式 18 によって 38μF 以上になるように計算されます。要約すると、出力コンデンサに対する最も厳格な条件は 22.8μF です。セラミック コンデンサに DC バイアス ディレーティングがあることを考慮すると、1206 のケース サイズで 2×22μF、35V のセラミック コンデンサ C3216X5R1V226M160AC のバンクを使用して、入力コンデンサを実現できます。
負荷過渡応答を向上させるためには、より大きなコンデンサ値を使用できます。セラミック コンデンサは、最小 ESR 要件を簡単に満たすことができます。場合によっては、セラミックと並列にアルミ電解コンデンサを配置して、必要な容量値を得ることができます。アルミニウムコンデンサとセラミックコンデンサを混合して使用する場合は、セラミックの最小推奨値を使用し、必要に応じてアルミニウム電解コンデンサを追加してください。
実際には、過渡応答とループ位相マージンに最も影響を与えるのは出力コンデンサです。負荷過渡テストおよびボード線図は、特定の設計を検証する最善の方法であり、アプリケーションを量産に移行する前に必ず完了する必要があります。必要な出力容量に加えて、出力に小さなセラミック コンデンサを配置すると、高周波ノイズを低減するのに役立ちます。小さいケース サイズで 1nF~100nF の範囲のセラミック コンデンサは、インダクタや基板の寄生成分に起因する出力のスパイクを低減するのに役立ちます。