3 固定周波数 DCS-Control トポロジの概要

図 2 に、 15A の TPS62873 降圧コンバータに実装されている固定周波数 DCS-Control トポロジの基本的なブロック図を示します。 発振器が追加されているため、電圧または電流モード制御と同様に、スイッチング周波数 (f_SW) を直接設定できます。発振器の入力を制御ループに供給することにより、スイッチング周波数をクロック信号に同期させることもできます。

通常大電流デバイスに使用される固定周波数 DCS-Control は、差動リモート センシングを使用します。このデバイスは VOSNS ピンと GOSNS ピンの間の電圧を調整します。 これらのピンはプリント基板 (PCB) 上に配線され、出力電圧を負荷で直接検出します。負荷で検出することにより、 PCB のプレーンとトレースによる DC 電圧降下だけでなく、デバイスと負荷の間のインダクタンスによる遅延も克服して補償します。これら両方の特性は、負荷範囲全体と負荷過渡時に厳密なレギュレーションを維持するために重要です。

差動リモート センシング信号はトランスコンダクタンス アンプ (g_m) に入力され、この差が出力電圧の設定点と比較されます(簡略化のため、図 2 ではこの設定点を GOSNS 信号と直列の電圧源として示しています)。COMP ピン上のこのアンプの出力は、グランドとの間の Type II (1 つの極、 1 つのゼロ) ネットワークで補償されます。

この外部補償機能を使用すると、出力容量が大きく負荷過渡が大きいシステムから、出力容量が非常に小さく負荷過渡が小さいか負荷過渡のない小型のシステムまで、あらゆるシステムのニーズに合わせて制御ループを最適化できます。DCS-Control とは異なり、高速帰還パスは、コンパレータに直ちに供給されるのではなくこのアンプを通過し、補償部品の選択によってゲインを増減できます。より強力な過渡応答が必要な場合は、ゲインを大きくし、出力容量を追加します。アプリケーションで大きな過渡電圧が発生しない場合は、サイズを最小にするため、ゲインを小さくして出力容量を最小限にします。

アプリケーションのニーズに応じて過渡応答を調整できるため、従来の DCS-Control トポロジに比べて、より厳しい過渡状況でも厳密なレギュレーションが可能になり、 テキサス・インスツルメンツの Jacinto ™ J7 [3] や MobileEye の EyeQ6 [4] のようなプロセッサ コアの厳しい要件を満たすことができます。 図 3 に、 3 つの TPS62876-Q1 降圧コンバータをスタックした場合に、46A の負荷過渡を実現しながら、出力電圧が 0.875V 設定ポイントの ± 2% 以内に維持されることを示します。

ヒステリシス コンパレータは、COMP ピンの出力と、τ_‌aux‌ 部品によって生成されるインダクタ電流の複製を比較し、 スロープ補償を追加して低調波発振を防ぎます。コンパレータの出力とクロックがセット / リセット (SR) ラッチ回路を駆動し、ゲート ドライバとデバイスの動作を制御します。発振器は、スイッチングが正確にスイッチング周波数で発生するように制御します。

セット / リセット ラッチは、制御ブロックの詳細な動作を単純化したもので、 DCS-Control の高速のヒステリシス特性を維持するために実装されているため、負荷過渡に即座に応答できます。たとえば、ロード ダンプの過渡時 (出力電圧が上昇) には、ヒステリシス コンパレータの出力がクロック信号よりも優先されます。このコンバータは、必要に応じてハイサイド MOSFET のオフ時間を延長し、最小のオーバーシュートで出力電圧を下げます。これは、標準的なピーク電流モード制御を本質的に改善します。標準的なピーク電流モード制御では、クロック サイクルごとにスイッチングが行われ、出力が大きすぎる場合でも出力にエネルギーが継続的に追加されます。このコンバータは、出力電圧のオーバーシュートを削減することで、電源のコストとサイズに大きく影響する出力容量を大幅に低減します。