PSoC 1スイッチモードポンプ(SMP)の出力電力の増加-KBA94769 - Community Translated (JA)

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    Translation - English: Increasing the Output Power of the PSoC 1 Switch Mode Pump (SMP) - KBA94769

     

    質問:
    PSoC 1でスイッチモードポンプ(SMP)の出力電力を増やすにはどうすればよいですか?

     

    回答:
    PSoC 1には、単一セルの電圧を3.0〜5.0 VにブーストできるSMPがあります。Figure 1は、PSoC 1でのSMP実装を示しています。

     

    Figure 1. PSoC 1 SMP

    KBA94769_1.jpg

     

    PSoC 1には、内部MOSFETスイッチと、昇圧コンバーターを実装するためのフィードバック回路があります。 外付けのインダクタ、ダイオード、コンデンサは、ブーストコンバーターを実装するために必要な唯一のコンポーネントです。 ただし、内部MOSFETの制限により、SMPから予測できる最大負荷電流はわずか50〜70 mAです。

    LEDドライバ、ワイヤレストランスミッタなどの多くのアプリケーションでは、ブーストコンバータからの高電流が必要になる場合があります。 これは、より高いドレイン電流を備えた外部MOSFETスイッチを使用することによって実現できます。 Figure 2に、このセットアップのブロック図を示します。

     

    Figure 2. 変更されたSMPブロック図

    KBA94769_2.jpg

     

    内部MOSFETスイッチの出力はアクティブLOWであるため、外部インバータが使用されます。 インバータの出力は、外部MOSFETスイッチを駆動します。 下のFigure 3は、完全な回路図を示しています。

     

    Figure 3. 回路図

    KBA94769_3.jpg

     

    Q1は、1.2 Aのドレイン電流定格と0.25ΩのRDSONを持つ外部MOSFETスイッチです。 同様の定格を持つ他のMOSFETも使用できます。 L1は、定格電流が1.75 Aの10 uHインダクタです。D1は、順方向電流定格が1 Aの任意のショットキーダイオードです。

    PSoC SMPは1.3 MHz、50%のデューティサイクルで動作します。 出力電圧の調整は、(パルス幅変調ではなく)ゲート駆動をオンまたはオフにすることによって実現されます。 連続モード切り替えコンバーターの場合、次の式で出力電圧が決まります。

     

    KBA94769_eq.png

                                       方程式1

     

    この式から、デューティサイクルが50%の場合、達成できる最大出力電圧は入力電圧の2倍であり、十分ではないことがわかります。 より高い昇圧比は、以下の手法で実現できます。 Figure 3のR3は、インバーターU1の入力容量とSMPピンの出力容量により、SMPピンの立ち上がりエッジが遅くなるように選択されています。 これにより、デューティサイクルが高くなります。 Figure 4は、SMPピンと外部MOSFETスイッチのドレインの波形を示しています。

     

    Figure 4. SMPピンと外付けMOSFETのドレインの波形

    KBA94769_4.jpg

     

    SMPピンの立ち上がりエッジが遅いため、現在の実効デューティサイクルは約70%です。 70%のデューティサイクルで、ステップアップ比は3.33にもなりました。

    Figure 3に示す回路では、以下のパフォーマンス値が達成されました。

    •SMP動作は、1.7 Vを超える入力電圧と最大500 mAの負荷電流に対して安定していた

    •出力電圧が5.0 Vに設定されており、負荷電流が500 mAの場合、信頼性の高い起動を行うには、入力電圧を2.0 Vにする必要があります。

    •50 mA〜500 mAの負荷電流の場合、70〜80%の効率値が観測されました。 適切な定格のMOSFETとインダクタを使用すると、より高い出力電流を実現できます。

    したがって、より高い定格の外部MOSFETスイッチ、インバーター、およびより高い定格のインダクターとダイオードにより、PSoC 1スイッチモードポンプを変更して、最大0.5 Aのより高い電流出力を提供できます。