DN-552: 最大 50V の入力電圧で 4A 出力に対応する反転レギュレータ
はじめに
正電圧から負電圧への DC/DC 変換（反転出力）は、LCD デバイス、OLED ディスプレイ、オーディオ・アンプ、産業用機器、測定ツール、試験システム、LEDドライバ、バッテリ・チャージャなどでよく使用されています。これらすべてのケースにおいて、反転コンバータは、小型で、高電力をサポートし、広い入力電圧範囲に対応している必要があります。そのすべての要件に対応するのが、LTC®7149 です。内蔵の 4A スイッチと 3.4V ～ 60V の幅広い入力電圧範囲は、自動車アプリケーションを含む、極めて要求が厳しいアプリケーションの要件を満たしています。
回路の説明と機能
図 1 は、LTC7149 をベースに構成した正電圧から負電圧へのコンバータを示します。このソリューションでは、12V の入力電圧（自動車用レールなど）から–10V/2A を出力します。パワー・トレイン部品は、公称 12V 入力のために選定されていますが、適切なディレーティングをすることで、このアプリケーションの入力電圧は最低 4V、最高 50V に調整できます。
自動車アプリケーションでは、LTC7149 で高い入力電圧を処理できるため、高価な電圧サプレッサが不要になります。最小入力電圧が極めて低いため、コールドクランク時にも、デリケートなシステムの動作を継続できます。LTC7149 の周囲のコンポーネントにかかる電圧および電流ストレスを計算するための指針は、LTC7149 のデータシートに詳しく解説されています。たとえば、入力電圧が 12V 未満であるときの出力電流のディレーティングを図 2 に示します。
図 1 の回路には、外部ループ補償が使われています。ITH を INTVCC に接続すると、内部補償を使用できます（図 3 を参照）。MODE/SYNC を GND に接続することで、Burst Mode® 動作がアクティブになります。必要な場合、このピンに、GND を基準とする同期パルスを印加できます。このソリューションの効率は94% に達します。
電圧制御された可変の負電圧出力回路
LCD モニター、OLED モニター、試験装置システムなど、非常に多くのアプリケーションにおいて、負のバイアス電圧をその場で変更できる必要があります。LTC7149 には、その作業を簡単に行うための機能が搭載されています。
図 3 は、負の出力が正の信号電圧によって制御されている、負の電圧源を示しています。GND を基準とする正の制御電圧が VOUTSNS ピンに印加されます。図 3 において、これは 0V ～ 5V の VCTRL です。出力される負電圧、VOUT– は、次式で決定されます。
VOUT– = –50μA • RSET + VCTRL
ローパス・フィルタ RF/CF によって、ノイズが防止されます。VOUTSNSピンは、いかなる場合においてもフロート状態にしてはなりません。このピンには、常に、いくらかの電圧電位がかかっている必要があります。システムの試験中など、この要件を満たすことができない場合、抵抗 RP を配置する必要があります。
図 4 は、VCTRL の関数としての VOUT– を示します。図5のVCTRL 電圧が 2.5V の振幅を持つ正弦波になることから、このアプローチが幅広いアプリケーションに適用できることが分かります。
まとめ
LTC7149 は、負電源出力用の高効率な 50V/4A 同期整流式モノリシック・レギュレータです。幅広いレンジの入力電圧および出力電圧と、内蔵のスイッチング・トランジスタの組み合わせでコンバータ設計が単純化されます。本デザインノートで解説するソリューションおよび回路は、自動車、産業用アプリケーション、ディスプレイ、モニター・システムで本レギュレータを実装するのに役立ちます。
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