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リコー電子デバイス株式会社

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よくあるご質問-FAQ-

電源IC「DC/DCコンバータ」に関するよくある質問に回答します。


Q.DCDCコンバータで使用するインダクタはどのようにして選べばよいですか

分類:使い方 / DC/DCコンバータ:005

A.データシートに記載されたインダクタンス値に合わせてIC内部の回路が設計されていますので、推奨値の範囲内で使用してください。またスイッチング電流はノコギリ状の波形をしていますので、そのピーク値がインダクタの定格電流以下になるように選定してください。

インダクタに流れる電流のピーク値は各製品のデータシートに計算方法が記載されています。

インダクタの定格電流には直流重畳電流を流した時インダクタンスの値が初期値より30%減少する直流電流値と、直流電流によりコイルの温度が40℃上昇する値の2種類があります。そのうち小さい方の値を定格電流としてください。

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Q.DCDCコンバータ(スイッチングレギュレータ)とボルテージレギュレータ(リニアレギュレータ)の違いを教えてください

分類:機能、用語 / ボルテージレギュレータ:009 / DC/DCコンバータ:001

A.DCDCコンバータとボルテージレギュレータはともに、入力された直流電流を別の直流電流に変換する回路ですが、制御方法が異なります。

DCDCコンバータはスイッチング素子(FET等)を出力が必要な時間だけONさせる事で電力を制御します。
ボルテージレギュレータはスイッチング素子のON抵抗を制御する事で必要な電力を制御します。
この制御方法の違いにより、それぞれ長所・短所があります。

DCDCコンバータの長所は、スイッチング制御により、電力変換効率が優れている点です。出力電流等の使用条件にも依存しますが、最大で95%程度の高い効率が得られます。逆に短所スイッチング制御により、出力電圧にリップル、スイッチングノイズが乗る点です。また、制御自体が複雑なため、構成する部品点数もボルテージレギュレータに比べ多くなり、設計の難易度と価格が高くなる傾向があります。

ボルテージレギュレータの長所は、制御方法がシンプルなため、価格が安く、設計も容易な点です。短所はリニア制御による電力変換効率が低い点です。例えば5Vから3Vに降圧した場合、DCDCコンバータでは90%以上の効率が得られますが、ボルテージレギュレータでは60%しか得られません。また、入出力電位差が大きく、かつ出力電流が多い場合は、熱の問題も発生します。

両者の長所・短所をまとめた表が下表です。
下表の長所・短所を理解した上で、目的(効率・コスト等)に合わせた使い分けが必要になります。

  DCDCコンバータ ボルテージレギュレータ
効率 高い 低い
価格 高い 低い
ノイズ あり
設計 難しい 簡単
部品点数 多い 少ない
負荷電流

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Q.PWM、VFMとはどのようなものですか

分類:機能、用語 / DC/DCコンバータ:002

A.DC/DCコンバータの制御方式です。

VFM

PFMモ-ドとも表現されます。負荷に応じて単位時間あたりのスイッチング回数(fosc)をコントロールすることにより出力電圧を安定化しています。弊社のDC/DCコンバータでは、Ton時間を一定にし、負荷に応じて間引いています。

Ton = Duty/発振周波数

Duty比が入出力条件によらないため、基本的には連続モードでは動作できません。

メリット

負荷に応じて発振周波数が変化します。軽負荷時は、発振周波数が低くなるため、常に一定で動作するPWMに比べて、効率が良くなります。(電池駆動の昇圧DC/DCなど)

PWM方式に比べ、位相余裕が大きいのが特徴です。

方式別の効率比較とLx波形VFM

デメリット

負荷に応じて発振周波数が変化するため、周波数が一定のPWMに比べると、ノイズ対策しにくくなります。(可聴帯域になった場合コイルの音なりの問題が発生する場合が懸念されます。)
不連続モ-ドでしか動作しないため、重負荷になると、出力電圧が低下してきます。

Tonが一定のため、リプルが大きくなります。また、負荷が重くなると、一回のスイッチングでは、エネルギーが足りず、複数回動作するため、さらにリプルが大きくなってしまいます。

VFMモード時のLx波形とリプル波形

PWM

単位時間あたりのスイッチング回数(Fosc)を一定とし、負荷に応じてTon(Duty比)をコントロールすることにより出力電圧を安定化しています。

メリット

常に一定周波数で動作しますので、ノイズ対策(フィルター)が容易です。
負荷に応じてTonが変化するので、リップルが小さくなります。
連続モード動作が可能なので重負荷に対応できます。

デメリット

負荷によらず、発振周波数が変わらないので、軽負荷時の効率が悪くなります。
位相余裕の確保に気をつける必要があります。(外付け定数はメーカー推奨準拠が望ましいです。)

波形イメージ

リプル電圧の変化イメージ


Q.DCDCコンバータの電流制限機能の働きを教えてください

分類:機能、用語 / DC/DCコンバータ:003

A.電流制限機能が働くと、パルス幅(ON時間)が制限され、コイル電流が電流制限値を超えて重畳していかないよう制限されます。また、電流制限機能は各周期ごとに働きます。
電流制限回路動作後の保護機能に関しましては各製品で異なりますのでデータシートご参照ください。

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Q.BST端子はなにのための端子ですか

分類:機能、用語 / DC/DCコンバータ:004

A.BST端子は、Bootstrap方式の回路を保有しているDCDC特有の端子です。

BootStrap方式とは、
DCDCのSwitchingを利用したChargePump (昇圧回路) を構成することで、Highside N-ch Driverの駆動電圧を生成する方式です。

  • Pchと比較してNchは駆動能力が高いため、DriverSizeを小さくできる。(CostDown可能)

BST端子とLx端子の間に容量 (CBST) をつけることにより、BST-Lx端子間が typ 5Vとなるよう制御されます。
Switching端子電圧 (Lx) が“L電圧”時にCBSTへ充電され、それにより、BST端子の電位がLx端子より5V大きくなることで、NchDriverでもDriveすることができます。
なお、CBSTは基本的に推奨値以上の容量であれば問題ありません。

BST回路例