JAJSWX0 データシート

JAJSWX0 July 2025 TPS546B25W

PRODUCTION DATA

6.3.1 D-CAP4 制御

デバイスは D-CAP4 制御を使用して、使いやすさを維持しながら高速の負荷過渡応答を実現します。D-CAP4 制御アーキテクチャには、内部のリップル生成回路が含まれ、多層セラミックコンデンサ (MLCC) や低 ESR 高分子コンデンサなどの超低 ESR 出力コンデンサを使用できます。D-CAP4 制御アーキテクチャでは、外部の電流検出回路、リップル注入回路、または電圧補償回路が不要です。内部リップル生成回路の役割は、インダクタ電流情報のリップル成分をエミュレートし、電圧帰還信号と組み合わせることでループ動作を制御し、超低 ESR の高分子多層セラミックコンデンサ (MLCC) を使用できるようにすることです。

D-CAP4 制御アーキテクチャにより、VOUT 全体のループゲイン変動が低減され、1 つのランプ設定で出力電圧範囲全体にわたって高速負荷過渡応答を実現できます。従来の D-CAP2 および D-CAP3 アーキテクチャとは異なり、D-CAP4 は、各スイッチングサイクルにおける固定ランプ振幅と順方向 GAIN パスを使用して、過渡応答とパルス周波数ジッタを改善しながら、エラー積分器により高い DC 設定ポイント精度を実現します。

スイッチングサイクルあたりのランプ振幅は以下のとおりです

式 1.

\frac{V_{r a m p} \times N_{p h a s e}}{G A I N} \times (1 - \frac{V_{o u t}}{V_{i n}})

ピンによってプログラマブルなランプおよび GAIN のオプション数には制限があり、出力インダクタの制御ループの性能に依存するため、ピンのプログラミング補償を使用した設計では、インダクタを選択する際に利用可能なループオプションを考慮し、コンデンサを選択する際には補償オプションがサポートする最小および最大容量を考慮することを TI は推奨します。

(D4h) COMP を介して PMBus でプログラムされた補償を使用する場合、利用可能なランプ電圧および GAIN オプションの範囲と分解能は一般的には十分広いため、スイッチング周波数とリップル電流に基づいてインダクタを選択した後、リップルと過渡要件を満たすようにコンデンサを選択し、最後にインダクタとコンデンサの安定性を確保するためにランプと GAIN を選択するという、比較的従来の設計フローに従った設計が可能です。しかし、多くの設計者は、インダクタの選択肢を簡単に絞り込めるよう補償第一の設計に従う傾向にあり、インダクタを選択した後に、より最適化されたランプ / GAIN オプションを選択する場合があります。

最大インダクタ値を評価します。この値は、各補償オプションで使用すると同時に、アプリケーションの過渡要件も満たすことができます。この動作を行うために、アプリケーションの過渡要件を満たすのに必要な最大ダイナミック出力インピーダンスを計算します。

式 2.

Z_{o u t (d y n a m i c)} < \frac{V_{O U T (t r a n s i e n t)}}{I_{O U T (t r a n s i e n t)}}

プログラマブルな 6 つのピン V_ramp / GAIN オプションのそれぞれについて、そのランプで必要な出力インピーダンスを達成するために使用できる最大インダクタンスを計算します

式 3.

L_{(m a x)} = Z_{o u t (d y n a m i c)} \times \frac{V_{s e n s e} \times G A I N}{F s w \times V_{r a m p}}

インダクタの最大値を使用して、利用可能な各 V_ramp/GAIN 補償オプションのピークツーピークインダクタリップル電流を推定し、ピークツーピークリップル電流が予測全負荷電流の 10% ～ 40% の範囲内になるインダクタを選択します。

式 4.

I_{L (p k - p k)} = (V_{I N} - V_{O U T}) \times (\frac{V_{O U T}}{V_{I N} \times L \times F s w})

ダイナミックインピーダンス要件を満たす最大インダクタの近くにインダクタを選択することにより、設計全体が最小化され、安定性を維持するために必要な最小容量が減少します。小さなインダクタを選択すると、特に入力電圧が低い場合に、大信号オーバーシュートの要件を満たすために必要な容量が減少します。

インダクタを選択した後で、最大インダクタンスの式を調整して、閉ループの中間帯域の動的出力インピーダンスを計算します

式 5.

Z_{o u t (d y n a m i c)} = \frac{L_{(m a x)} \times V_{r a m p} \times F s w}{V_{s e n s e} \times G A I N}

注: 内部の帰還分周器を使用する場合、V_sense は VOSNS ピンの出力電圧です。外部の帰還分周器を使用する場合、V_sense は VSEL/FB ピンのリファレンス電圧です。

線形過渡性能を推定するには

式 6.

V_{O U T (T r a n s i e n t)} = Z_{O U T (D y n a m i c)} \times I_{O U T (T r a n s i e n t)}

安定性のための最小容量は以下のとおりです

式 7.

C_{O U T (m i n)} = \frac{2}{π \times Z_{O U T (D y n a m i c)} \times F s w}

大信号オーバーシュートに適合する最小容量は以下のとおりです

式 8.

C_{O U T (m i n)} = \frac{{I_{O U T (T r a n s i e n t)}}^{2} \times L}{V_{O U T} \times V_{O U T (T r a n s i e n t)}}

推奨される最大容量により、L-C の共振周波数は積分器のゼロ周波数の 1/2 を下回らないようになり、以下で推定できます

式 9.

F_{R e s} > \frac{1}{2} \times \frac{1}{2 \times π \times I N T_T I M E \times G A I N}