JAJU967 December   2024

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   リソース
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計上の考慮事項
      1. 2.2.1 小型でコンパクトなサイズ
      2. 2.2.2 トランスレス設計
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1  BQ25790 IIC 制御、1 ～ 4 セル、5A 昇降圧バッテリ チャージャ
      2. 2.3.2  TPS3422 低消費電力、プッシュボタン コントローラ、設定可能遅延付き
      3. 2.3.3  SN74LVC1G74 クリアとプリセット搭載、シングル ポジティブ エッジ トリガ型 D タイプ フリップ フロップ
      4. 2.3.4  TPS259470 2.7V ～ 23V、5.5A、28mΩ 真の逆電流ブロッキング eFuse
      5. 2.3.5  TPS54218 2.95V ～ 6V 入力、2A、同期整流降圧 SWIFT コンバータ
      6. 2.3.6  TPS54318 2.95V ～ 6V 入力、3A、同期整流降圧 SWIFT コンバータ
      7. 2.3.7  LM5158 2.2MHz、ワイド VIN、85V 出力、昇圧、SEPIC またはフライバック コンバータ
      8. 2.3.8  TPS61178 20V 負荷切断付き、完全統合型同期整流昇圧
      9. 2.3.9  LMZM23601 3.8mm × 3mm パッケージ封止、36V、1A 降圧 DC/DC パワー モジュール
      10. 2.3.10 TPS7A39 デュアル、150mA、広い VIN、正/負の低ドロップアウト (LDO) 電圧レギュレータ
      11. 2.3.11 TPS74401 3.0A、超低ドロップアウト レギュレータ、プログラム可能なソフト スタート機能付き
      12. 2.3.12 TPS7A96 2A、超低ノイズ、超高 PSRR、RF 電圧レギュレータ
      13. 2.3.13 遅延時間固定機能を搭載、LM3880 3 レール、シンプルな電源シーケンサ
      14. 2.3.14 不揮発性メモリを内蔵、DAC53401 10 ビット電圧出力 DAC
      15. 2.3.15 INA231 28V、16 ビット、I2C 出力電流、電圧と電力モニタ、WCSP でアラートを搭載
  9. 3システム設計理論
    1. 3.1 入力セクション
      1. 3.1.1 昇降圧チャージャ
      2. 3.1.2 電源をオンまたはオフにします
    2. 3.2 SEPIC および Cuk をベースとする高電圧電源の設計
      1. 3.2.1 SEPIC および Cuk コンバータの基本動作原理
      2. 3.2.2 SEPIC および Cuk を採用した非結合型インダクタを使用したデュアル高電圧電源設計
        1. 3.2.2.1 デューティ サイクル
        2. 3.2.2.2 インダクタの選択
        3. 3.2.2.3 パワー MOSFET の検証
        4. 3.2.2.4 出力ダイオードの選択
        5. 3.2.2.5 カップリング・コンデンサの選択
        6. 3.2.2.6 出力コンデンサの選択
        7. 3.2.2.7 入力コンデンサの選択
        8. 3.2.2.8 可変関数で出力電圧を設定
    3. 3.3 低電圧電源の設計
      1. 3.3.1 WEBENCH Power Designerを通じて TPS54218 を設計する
      2. 3.3.2 ±5V 送信電源の生成
    4. 3.4 システム クロックの同期
    5. 3.5 電源およびデータ出力コネクタ
    6. 3.6 システム電流と電力の監視
  10. 4ハードウェア、テスト要件、およびテスト結果
    1. 4.1 ハードウェア要件
    2. 4.2 テスト設定
    3. 4.3 テスト結果
      1. 4.3.1 効率テストの結果
      2. 4.3.2 ライン レギュレーション テストの結果
      3. 4.3.3 スペクトラムのテスト結果
  11. 5設計とドキュメントのサポート
    1. 5.1 デザイン ファイル
      1. 5.1.1 回路図
      2. 5.1.2 BOM
      3. 5.1.3 PCB レイアウトに関する推奨事項
        1. 5.1.3.1 高電圧電源のレイアウト
    2. 5.2 ツールとソフトウェア
    3. 5.3 ドキュメントのサポート
    4. 5.4 サポート・リソース
    5. 5.5 商標

3.3.1 WEBENCH Power Designerを通じて TPS54218 を設計する

図 3-13 に、200mA での出力電圧が 3.3V であるTPS54218 の評価に使用される WEBENCH® 設計を示します。WEBENCH® Power Designer ツールを使用すると、ユーザーが選択した製品のリアルタイム データ (効率、過渡応答、起動など) をシミュレートし、Altium ファイルをエクスポートして基板設計を完了させることができます。

TIDA-010269 TPS54218 を使用する WEBENCH 設計図 3-13 TPS54218 を使用する WEBENCH® 設計

超音波電源設計では、FPGA および AFE 用の低電圧電源に電力を供給するために TPS54218 を選択しました。設計全体のサイズが問題となったため、モジュールは検討されました。システム全体の効率を評価し、パワー モジュールと DC/DC コンバータ (内部インダクタと外部インダクタ) の違いを比較しました。DC/DC コンバータの設計 (TPS54218) では、インダクタ値を増やすことでより柔軟性が高くなり、効率が向上しました。

さまざまなインダクタ値が降圧コンバータの効率にどのような影響を及ぼすかを比較する際に、2 つの異なるインダクタ値を使用して TPS54218 を評価しました。図 3-14 で、負荷ジェネレータを使用して、2 つの異なるインダクタ値 (2.2μH と 33μH) に対して TPS54218 の効率をテストしました。軽負荷条件の場合は、33μH インダクタの効率が 2.2μH デザインと比べてはるかに高くなります。これは、インダクタの AC 導通損失によるもので、設計の効率が低下します。低電圧電源設計については、効率向上のために 33μH インダクタを選択しました。

TIDA-010269 TPS54218 の効率 (2.2μH と 33μH)図 3-14 TPS54218 の効率 (2.2μH と 33μH)
TIDA-010269 TPS54218 2V 電源出力電圧リップル図 3-15 TPS54218 2V 電源出力電圧リップル

図 3-15に、TPS54218 の 2V 電源出力電圧リップルを示します。測定したピーク ツー ピーク リップルは、14.4mV で測定されたものです。残りの低電圧電源はいずれも、出力電圧リップルが 10mV 未満です。