AND9544/D 降圧コンバータの外付け部品の選択

(1)

AND9544/D

コンバータのけの

コンバータは

DC

よりも

DC

がくなければならないに、

SMPS

(スイッチモード)でされます。がされられるとき、に!"#の$%と&'の (が)*できる!+,-に./くされています。01では、コンバータにする23け45 の6789について、:を;って<=します。ここで<=する6789は>?@にAできますが、

に

NCP63xx

および

NCV63xx

ファミリのE5をFG としたものです。

コンバータの

HIJコンバータは

Figure 1

にKすように、

2

Lのパワー

MOSFET

とインダクタおよび／コンデンサでRSされます。これらの

MOSFET

はインダクタのエネルギー･レベルをXYし、オン／

オフZ[はHIがとられを\]させています。

Figure 1. Synchronous Buck Converter

VIN

NMOS PMOS

DC-to-DC Control

SW

GND

LOUT

CIN

COUT

OUT I_PVIN I_inductor I_OUT

V_SW

Icapacitor

VIN

と

SW

^に_`される

PMOS

により

LC

フィルタがaされます。

PMOS

がオンのb、からにエネルギーがcdされます。このフェーズでは

NMOS

はオフfgです。

PMOS

がオフになると、

NMOS

がhiし、インダクタにjkされたエネルギーがにlmされます。

Figure 2. Synchronous Buck Converter Waveforms

IVIN

I_inductor

I_OUT Current

VSW

Voltage

Time

Time TON TOFF

T_SW

Icapacitor

D I

_L

D I

_C

PMOS

は>?に、ハイサイド・スイッチ(

HSS

)、

NMOS

はローサイド・スイッチ(

LSS

)、あるいはH Iqrsとtばれます。

Figure 2

にコンバータのおよびruvを

Kします。このwは01のxの<=をyzするのに{|ちます。

D + T

_ON

T

_ON

) T

_OFF

+ T

_ON

T

_SW

+ T

_ON

@ F

_SW

T

_OFF

+ 1 * D

F

_SW

and T

_ON

+ D

F

_SW

(eq. 1) www.onsemi.jp

APPLICATION NOTE

(2)

www.onsemi.jp

の

インダクタの

まず、

L

とD

I _L

の}~をめるための@なインダクタr/からしてみましょう。

V

_L

+ L @ dI

_L

dt

オンのb、y@な

HSS

を]すると、インダクタのは

(V _IN – V _OUT )

であり、インダクタに

わるはになります。

V

_LON

+ ǒ V

_IN

* V

_OUT

Ǔ + L @ dI

_L

dt

_ON

+ L @ D I

_L

T

_ON

+ L @ D I

_L

D @ T

_SW

å L + D ǒ V

_IN

* V

_OUT

Ǔ

D I

_L

@ F

_SW

オフのb、y@な

LSS

を]すると、インダクタは

V _OUT

であり、インダクタにわるは

になります。

V

_LOFF

+ L @ dI

_L

dt

_OFF

+ L @ D I

_L

T

_OFF

+ L @ D I

_L

1 * D @ F

_SW

å L + V

_OUT

( 1 * D ) D I

_L

@ F

_SW

この

2

つのからをhくことができます。

D + V

_OUT

V

_IN

したがって、rリップルD

I _L

にするインダクタンスは、のようになります。

(eq. 2) L + ǒ V

_IN

* V

_OUT

Ǔ @ V

_OUT

D I

_L

@ F

_SW

@ V

_IN

インダクタのインダクタンスは、ピークツーピーク・リップルrD

I _L

がr

I _{OUT_MAX}

の

20 ～ 50%

になるようなを67することにしてください。これによりとリップル^に

のトレードオフをlします。

67したインダクタのr]は、で

されるピークrよりもくなければなりません。

I

_{L_SAT}

+ I

_{OUT_MAX}

) D I

_L

2

さらに、¡¢£¤¥を¦けるために、インダクタのr]も§¨くなければなりません。したがって、

IR

©ªをZ«し、¬@なをAするために、い

DCR

が®¯されます。

コンデンサの

コンデンサの67は、リップルと°

±の²に³って´います。

リップルフィルタのインダクタのピークツーピーク・

リップルrD

I L

にFする、コンデンサの

リップル

V OUT_PP

は、にKす3つのS¨を

したものです。

V

_OUT

V

OUT_PP(ESL)

V

OUT_PP(ESR)

V

_{OUT_PP(C)}

V

_{OUT_PP}

V

_{OUT_PP}

+ V

OUT_PP(ESL)

) V

OUT_PP(ESR)

) V

_{OUT_PP(C)}

ここで、

• ^V OUT_PP(C)

はコンデンサのリップル

• ^V OUT_PP(ESR)

はコンデンサの

ESR

にµ¶するリップ

•

ル

^V OUT_PP(ESL)

ESL

によって·Sされ

るリップル

V OUT_PP(C)

の：

Figure 2

からインダクタrとコンデンサrを¸

し、のとおりコンデンサの±をめることができます。

ÉÉÉ

Figure 3. Inductor and Capacitor Current Waveforms

IOUT

IL

Time

Time TON TOFF

TSW

IC

0

Total charge Q

D I

_L

D I

_L

/2

− D I

_L

/2

コンデンサのruvはインダクタruvとH じですが、

I _OUT

S¨がないことが¨かります。

¹0@なコンデンサのr/はのとおりです。

I

_C

+ C @ dV

_C

dt å dt @ I

_C

+ C @ dV

_C

±とコンデンサの}~はのとおりです。

Q + C @ dV

_C

±は

I _C (t)

uvのº»¼

(Figure 3

の½¾

)

の4¨です。この»¼は¿ÀvのÁkとして、のとおりÂ ÃにÄ*できます。

Q + 1

2 @ ǒ ^D ₂ ^I

^L

Ǔ ^@ ǒ ^T

^SW

₂ Ǔ ⁺ ₈ _@ ^D _F ^I

^L

SW

(3)

したがって

V

_{OUT_PP(C)}

+ D I

_L

8 @ C @ F

_SW

(eq. 3)

V OUT_PP(ESR)

の：

ESR

にµ¶する

V OUT_PP(ESR)

は、のとおり

IxR

Å

『

ESR

はコンデンサにÆÇのÈÉとしてモデル

できる』に³って、ÂÃにめることができます。

V

OUT_PP(ESR)

+ D I

_L

@ ESR (eq. 4)

V OUT_PP(ESL)

の：

ここでも、@なインダクタr/から

してみましょう。

V

_ESL

+ L

_ESL

@ dI

_L

ESL

dt å V

_ESL

+ L

_ESL

@ D I

_L

@ ǒ T ¹

_ON

) 1 T

_OFF

Ǔ

+ L

_ESL

@ D I

_L

F

_SW

D @ ( 1 * D )

ここで、

D + V

_OUT

V

_IN および

DI

_L

+ ǒ V

_IN

* V

_OUT

Ǔ V

_OUT

L @ F

_SW

@ V

_IN

をすると、がÊられます。

V

OUT_PP(ESL)

+ L

_ESL

@ V

_IN

L (eq. 5)

コンデンサがすべてセラミックのアプリケーションでは、リップルのÏリップルS¨は

V _{OUT_PP(C)}

です。ÐÑÒは、Ó`rモード

(CCM)

におけるリップル²

V _{OUT_PP(C)}

に¹づいて、のとおりできます。

C

_PP

+ D I

_L

8 @ V

_{OUT_PP(C)}

@ F

_SW

(eq. 6)

Ô：

3 MHz DCDC

、

V _IN = 3.3 V

、

V _OUT = 1.1 V

、

L = 0.470 m H

D I

_L

+ ǒ V

_IN

* V

_OUT

Ǔ V

_OUT

L @ F

_SW

@ V

_IN

+ ( 3.3 * 1.1 ) 1.1

0.00000047 @ 3000000 @ 3.3 + 520 mA

Õましいリップルを

10 mV

とすると、Ð コンデンサÑÒはのようになります。

C

_PP

+ D I

_L

8 @ V

_{OUT_PP(C)}

@ F

_SW

+ 0.520

8 @ 0.01 @ 3000000 + 2.2 m F

°±bのコンデンサの,Öを®]する、

×にステージの¬エネルギーが>]であることがÚとなっています。

ステージの¬エネルギーはのとおりです。

E + E

_C

) E

_L

+ 1

2 C @ V

_C²

) 1 2 L @ I

_L²

°±rが°±からÛ°±にÜすると、

が>b@にÝÞします

(

これを>?にオーバシュート

V _OV

とtびます

)

。

°±bのエネルギー：

E + 1

2 C @ V

_OUT²

) 1

2 L @ I

_LPEAK²

, I

_LPEAK

+ I

_OUT

) D I

_L

2

Û°±bのエネルギー：

E + 1

2 C @ ǒ ^V

OUT

) V

_OV

Ǔ

²

°±ÜÚのエネルギーは、°±Üàのエネルギーにしくなければなりません。

1 2 C @ V

_OUT²

) 1

2 L @ I

_LPEAK²

+ 1

2 C ǒ V

_OUT

) V

_OV

Ǔ

² したがって、

C

_LT

+ L @ I

_LPEAK²

ǒ V

_OUT

) V

_OV

Ǔ

²

* V

_OUT²

(eq. 7)

Ô：

3 MHz DCDC

、

V _IN = 3.3 V

、

V _OUT = 1.1 V

、

L = 0.470 m H

3 A

°±、

50 mV

オーバシュート：

C

_LT

+ L @ I

_IPEAK²

ǒ V

_OUT

) V

_OV

Ǔ

²

* V

_OUT²

+ 0.00000047 @ (3 ) 0.26)

²

(1.1 ) 0.05)

²

* 1.1

²

+ 44 m F

コンデンサの

コンデンサの67²の1つは、リップルです。r

I _OUT

にFして、コンデンサ

のリップル

V _{IN_PP}

は、コンデンサとHáに、xâにKす

3

つのS¨をしたものです。

V

_OUT

V

_{IN_PP(ESL)}

V

_{IN_PP(ESR)}

V

_{IN_PP(C)}

V

_{IN_PP}

V

_{IN_PP}

+ V

_{IN_PP(ESL)}

) V

_{IN_PP(ESR)}

) V

_{IN_PP(C)}

ここで、

• ^V IN_PP(C)

はコンデンサのリップル

• ^V IN_PP(ESR)

ESR

にµ¶するリップ

•

ル

^V IN_PP(ESL)

ESL

によって·Sされるリップル

(4)

www.onsemi.jp V _{IN_PP(C)}

の：

コンデンサにr するrはのとおりです｡

•

オンbにおける rとインダクタrのã

•

オフbにおける r

オフのbコンデンサは、r

I _IN

でaされ、オンのbはäされます。\]fgでは、コンデンサの aとäがしくなり、リップルを·S します。オフのbの@なコンデンサr

/

をして、の rをÊることができます。

I

_IN

+ C

_IN

@ dV

_C

dt + C

_INPP

@ V

_{IN_PP(C)}

T

_OFF

å C

_INPP

+ I

_IN

@ T

_OFF

V

_{IN_PP(C)}

ただし

I

_IN

+ D @ I

_OUTおよび

T

_OFF

+ 1 * D F

_SW

リップルr

V _{IN_PP(C)}

にFするÐ ÑÒ は、のとおりです。

C

_INPP

+ I

_OUT

( D * D

²

)

V

_{IN_PP(C)}

@ F

_SW

(eq. 8)

V _{IN_PP(ESR)}

の：

ESR

にµ¶する

V _{IN_PP(ESR)}

は、

IxR

Å『

ESR

はコンデンサにÆÇのÈÉとしてモデルでき、

I _IN

は

I _O

UT

からできる、

Figure 4

åæ』によりÂÃにめることができます。>?に、リップルrは rよりもくなるため、 rは8vu

(0

から

I _OUT /I _OUT

から

0)

にHされます。

Figure 4. Input and Output Current Waveforms

I_IN

I_inductor

IOUT

Current

Time

D I

_L

V

_{IN_PP(ESR)}

+ D I

_IN

@ ESR

したがって

V

_{IN_PP(ESR)}

+ I

_OUT

@ ESR (eq. 9)

V _{IN_PP(ESL)}

の：

ここでも、の@なインダクタr

/

からしてみましょう。

V

_ESL

+ L

_ESL

@ dI

_IN

dt

rを8vrにçèさせると、になります。

V

_{IN_PP(ESL)}

+ L

_ESL

@ I

_OUT

dt (eq. 10)

リップルをéえ、レールでê なデカップリングをÊるには、

ESR

と

ESL

がいので、セラミック・コンデンサが®¯されます。

Ô：

3 MHz DCDC

、

V _IN = 3.3 V

、

V _OUT = 1.1 V

、

I _OUT = 3.0 A

、

L = 0.470 m H

Õましいリップルが

50 mV

の、Ð コンデンサはのようになります。

C

_INPP

+ I

_OUT

( D * D

²

) V

_{IN_PP(C)}

@ F

_SW

+

3 @ ǒ ^1.1 _3.3 ^* ^1.1 _3.3 ^@ ^1.1 _3.3 Ǔ

0.05 @ 3000000 + 4.4 m F

まとめ

Table 1. SUMMARY

Components Equation

Output Inductor

L + ǒ V

_IN

* V

_OUT

Ǔ _@ V

_OUT

D I

_L

@ F

_SW

@ V

_IN

Output Capacitor

C

_LT

+ L @ I

_IPEAK²

ǒ V

_OUT

) V

_OV

Ǔ

²

* V

_OUT²

C

_PP

+ D I

_L

8 @ V

_{OUT_PP(C)}

@ F

_SW

For Transient Load

For Ripple

Input Capacitor

C

_INPP

+ I

_OUT

( D * D

²

) V

_{IN_PP(C)}

@ F

_SW

NCP63xx

および

NCV63xx

ファミリ

NCP63xx

および

NCV63xx

E5ファミリは、ハイサイドおよびローサイド8のëkスイッチをìえた HIJバック・コンバータです。Aíに,Öするのに、24トランジスタもダイオードもîありません。ïðとñòもóôにëkされています。スイッチングõuöがいため、ÐJのフィルタ45をでき、ô÷のソリューション・サイズがùÐされます。

23け45の67bには、データシートにúûされている®¯45とのüýþを確認してください。

(5)

ON SemiconductorびON SemiconductorのロゴはON SemiconductorというをうSemiconductor Components Industries, LLC しくはそののび/またはのにおけるです。ON Semiconductorは、、、トレードシークレット()とのに!する"を# します。ON Semiconductorの$%/ の&'!(リストについては、*+のリンクからご-いただけます。www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. ON Semiconductorは./なしで、0123の$%の45を 6うことがあります。ON Semiconductorは、いかなる7の8での$%の&9:について#;しておらず、また、お<=の$%において>?の@'や'からAじたBC、

に、DE、FE、GHなIJなどKLのIJに!して、いかなるBCもMうことはできません。お<=は、ON SemiconductorによってNOされたサポートやアプリケーションSTのUVにかかわらず、すべてのWX、YZ、[\:の]^あるいは_の`aをbむ、ON Semiconductor$%を'したお<=の$%とアプリケーションについてK LのBCをMうものとします。ON Semiconductorデータシートやd=1にeされるfg:のある「_」パラメータは、アプリケーションによってはkなることもあり、lm の:gもnFのopにより4qするfg:があります。「_」パラメータをbむすべてのrパラメータは、ご'になるアプリケーションに@じて、お<=のstuvw においてxyz;されるようお{い|します。ON Semiconductorは、そのやそのの"の+、いかなるライセンスも}しません。ON Semiconductor$%は、A~

や、いかなるFDA (%%)クラス3の、FDAがしないにおいてKもしくはのものとyされる、あるいは、へのを!(

としたにおける]%などへの'をしたはされておらず、また、これらを'!(としておりません。お<=が、このようなされたものではない、fされていないアプリケーション'にON Semiconductor$%をまたは'した9、たとえ、ON Semiconductorがその%のまたは$にしてp があったと¡¢されたとしても、そのようなせぬ'、また£fの'に¤した¥¦§から、DE、¨はFEにAじるすべてのクレーム、ª'、IJ、oª、および«¬®などを、

お<=のBCにおいて¯°をお{いいたします。また、ON Semiconductorとその±²、³²、、¤ 、´µ¶に!して、いかなるIJも·えないものとします。

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AND9544/D 降圧コンバータの外付け部品の選択

AND9544/D

コンバータのけの

DC

DC

SMPS

NCP63xx

NCV63xx

Figure 1

2

MOSFET

MOSFET

Figure 1. Synchronous Buck Converter

VIN

SW

PMOS

LC

PMOS

NMOS

PMOS

NMOS

Figure 2. Synchronous Buck Converter Waveforms

D I

D I

PMOS

HSS

NMOS

LSS

Figure 2

D + T

T

) T

+ T

T

+ T

@ F

T

+ 1 * D

F

and T

+ D

F

(eq. 1) www.onsemi.jp

APPLICATION NOTE

www.onsemi.jp

L

I L

V

+ L @ dI

dt

HSS

(V IN – V OUT )

V

+ ǒ V

* V

Ǔ + L @ dI

dt

+ L @ D I

T

+ L @ D I

D @ T

å L + D ǒ V

* V

Ǔ

D I

@ F

LSS

V OUT

V

+ L @ dI

dt

+ L @ D I

T

+ L @ D I

1 * D @ F

å L + V

( 1 * D ) D I

@ F

2

D + V

I _L

(V _IN – V _OUT )

V _OUT

I _L

I _L

I _{OUT_MAX}

• ^V OUT_PP(C)

• ^V OUT_PP(ESR)

^V OUT_PP(ESL)

I _OUT

I _C (t)

2 @ ǒ ^D ₂ ^I

Ǔ ^@ ǒ ^T

₂ Ǔ ⁺ ₈ _@ ^D _F ^I