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リファレンスデザイン3046

オールセラミックコンデンサの+/-5V/3Aステップダウン/インバータ電源

要約:デュアル同期バックコントローラMAX8538は3Aで+5Vおよび-5Vの両出力を供給します。一番目のコントローラは、同期整流ステップダウン(バック)コンバータとして動作し、二番目のコントローラはトランスドライブのインバータとして動作します。またその回路にはソフトスタートおよびソフトストップ機能があります。

この1MHzのオールセラミックコンデンサ設計では、デュアル同期バックコントローラMAX8538を使用して、+5Vおよび-5Vレールに対して同時動作のソフトスタートおよびソフトストップ機能を備えています。一番目のコントローラ出力は、+5V/3Aを供給する同期降圧コンバータとして構成されます。二番目のバックコントローラは、-5V/3Aを供給する1:1フライバックトランスを用いたインバータとして構成されます。

負の出力電圧は、1/2の反転利得のMAX4400オペアンプによってコントロールされます。オペアンプは、MAX8538のオンボードの5V VLレギュレーターからバイアスされます。-1/2の利得によって、オペアンプ出力は、そのレンジ内および誤差アンプの同相レンジ内にあります。

バックコンバータの制御利得は、VOUT / VIN = デューティサイクルです。1:1のフライバックインバータの制御利得は、VOUT / VIN = デューティサイクル / (1 - デューティサイクル)であり、それはデューティサイクルとともに増加します。1:1のフライバックインバータに対しては、デューティサイクル = VOUT / (VIN + VOUT) = 5V / (10.8V + 5V) = 0.317です。このため、追加制御利得は、1 / (1 - 0.317) = 1.464です。この追加利得は、設計上のクロスオーバー周波数を1.464で割ることによって、タイプ3補償の設計式に盛り込まれます。オペアンプの反転利得は、R23の調整によって補償され、残りの補償ネットワークに影響を及ぼしません。

電圧モニタMAX837は、低電圧ロックアウトを備えています。VINが9.2Vに到達するときに、MAX8538はオンします。R31によって、ノイズレススイッチング用の75mVの正帰還(ヒステリシス)が形成され、VINの低スルーレートでクリーンなソフトスタートおよびソフトストップが可能になります。フライバックインバータには不連続なトランス電流があるので、-5Vソフトストップが+5Vレールと対称になるかは、-5Vレールの負荷に左右されことに留意してください。また、-5V側の不連続なトランス電流に対しては、+5V側よりも大きな出力フィルタ容量が必要です。

図 1
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図 1

表1
Vin Iin V1 I1 V2 I2 Efficiency
12.00 0.044 5.083 0 -5.043 0  
10.77 3.41 5.078 3 -5.038 3 0.826
12.00 3.06 5.080 3 -5.040 3 0.827
13.23 2.79 5.080 3 -5.040 3 0.823
    20mVpp ripple in 20MHz BW   25mVpp ripple in 20MHz BW    

表2. 部品表10.8V~13.2V入力-5V @ 3A、5V @ 3A出力9/30/03
Designation QTY Description
C2,C4 3 10uF 16V X5R ceramic capacitor (1210) Taiyo Yuden EMK325BJ106MN
C5,C6,C7,C10, C41 5 0.1uF ceramic capacitor (0603)
C12,C30 7 100uF 6V Y5U ceramic capacitor (1210) Taiyo Yuden JMK325E107MM
C13 1 4.7uF 6V X5R ceramic capacitor (0805) Taiyo Yuden JMK212BJ475MG
C14 1 1uF 25V X5R ceramic capacitor (1206) Taiyo Yuden TMK316BJ105ML
C15 1 1uF 6V X5R ceramic capacitor (0603)Taiyo Yuden JMK107BJ105MA
C17 1 3.3nF ceramic capacitor (0603)
C18,C20 2 5pF ceramic capacitor (0603)
C19 1 560pF ceramic capacitor (0603)
C21 1 1.5nF ceramic capacitor (0603)
C22 1 220pF ceramic capacitor (0603)
C23,C24 2 33nF ceramic capacitor (0603)
C40 1 680pF ceramic capacitor (0603)
C42 1 1.2nF ceramic capacitor (0603)
C43 1 470pF ceramic capacitor (0603)
D1,D2 2 100mA 30V Schottky diode (SOD-323) Central Semi CMDSH-3
D3 1 5A 40V Schottky diode Central Semi CMSH5-40
L1 1 2.2uH 10A Power Inductor Delta THA104-2R2
L2 1 2.2uH 14.4A Dual Power Inductor Pulse P0395
N1,N5,N9 3 30V 13mΩ N-ch MOSFET (SO-8) International Rectifier IRF7821
N3,N7 2 30V 30mΩ N-ch MOSFET (SO-8) Fairchild FDS6612A
R2 1 511 Ω 1% resistor (0603)
R3 1 681 Ω 1% resistor (0603)
R7 1 2.2 Ω 5% resistor (0603)
R8 1 4.7 Ω 5% resistor (0603)
R9,R24 2 20.0k Ω 1% resistor (0603)
R10,R15 2 53.6k Ω 1% resistor (0603)
R11 1 51k Ω 5% resistor (0603)
R12 1 1.5k Ω 5% resistor (0603)
R13 1 4.3k Ω 5% resistor (0603)
R14 1 43k Ω 5% resistor (0603)
R16,R25 2 10.0k Ω 1% resistor (0603)
R22 1 5.1Ω 0.125W 5% resistor (1206)
R23 1 24.9k Ω 1% resistor (0603)
R26 1 3.3 Ω 0.25W 5% resistor (1210)
R27 1 18 Ω 5% resistor (0603)
R28 1 33 Ω 5% resistor (0603)
R29 1 10.0k Ω 1% resistor (0603)
R30 1 1.50k Ω 1% resistor (0603)
R31 1 100k Ω 1% resistor (0603)
U1 1 MAX8538EEI (28-QSOP)
U2 1 MAX4400AXK (5-SC70)
U3 1 MAX837EUS (4-SOT143)


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