スイッチング･レギュレータと5つの1.1A LDOを一体化したμModuleレギュレータ：複数の低ノイズ・レールに使用するか、並列接続して熱を拡散し、5Aまでの電流を分担

LDOは、スイッチング・コンバータの出力でリップル除去用のポスト・レギュレータとしてよく使用されます。LDOポスト・レギュレータは、レギュレーションとトランジェント応答を改善することもできます。ポスト・レギュレータの出力電流供給能力に関する最大の制限事項の1つはLDOの温度上昇ですが、熱抵抗を別にすると、これは主にレギュレータの入出力間電圧差に依存します。LTM8001 µModuleレギュレータは、高効率の降圧スイッチング・コンバータで、その後段には個々の定格出力電流が1.1Aの5つの低ノイズLDOアレイが置かれています。熱を拡散して利用可能な出力電流を増やすため、LDOを並列に動作させることができるので、入力電圧と出力電圧のさまざまな組み合わせに対して、実装が容易ないくつかのオプションが設計者に与えられます。

LTM8001の特長の一部

降圧コンバータ

入力電圧（V_IN）範囲：6V～36V
定電圧/ 定電流（CV/CC）出力
最大出力電流：5A
可変スイッチング周波数：200kHz～1MHz
調整可能な出力電圧

LDO

調整可能な出力電圧
スイッチング･レギュレータ出力に結線された3つのLDO
2つの独立したLDO

LDOの並列接続による熱の拡散

LTM8001の内部LDOの通常の構成は、内蔵のスイッチング・コンバータの出力を後段で安定化するものです。LDOの温度上昇は、その出力電流に相対的に比例しますが、入出力間電圧差が大きくなるにつれて熱の発生量が増えます。入出力間電圧差が小さい場合、ドロップアウト電圧に近づくと、LDOはその定格出力電流付近で動作できます。したがって、スイッチング・レギュレータの出力は、出力電圧が最も高いLDOの最小入力電圧近くに設定するのが理にかなっています。

さらに、LDOが複数の出力電圧を発生する場合は、比較的出力電圧が低いLDO（つまり、入出力間の電圧差が大きいLDO）に合わせてLDOの出力電流をディレーティングし、過剰な温度上昇を防ぐ必要があります。それにもかかわらず、熱を拡散して電流供給能力を増やすためにLDOを並列接続すれば、ディレーティング後の電流を簡単に回復させることができます。図1および図2の回路は、出力電流を増やし、熱を拡散するためにLDOを並列に動作させる2種類の回路図を示しています。

図1．LTM8001の5つのLDOは、並列接続して動作する場合、単一の5A出力を供給できます。各LDOの入出力間電圧差は比較的小さい（500mV）ので、各LDOは定格の1.1Aに近い1Aで動作できます。

図2．デュアル低ノイズ出力用に最適化された解決策。5V LDO出力の特長として入出力間電圧差が図1と同じ500mVと小さいので、LDO 1とLDO 2は定格電流付近で動作します。3.3V出力の入出力間電圧差の方が大きいので、3つの並列接続LDO（3、4、5）のそれぞれから供給可能な電流は330mAまでディレーティングされ、合計で1Aになります。

2.5V/5Aレギュレータ

図1では、5つのLDOをすべて並列に束ねて単一の2.5V、5A出力を生成しています。この場合、LTM8001に内蔵のスイッチング・コンバータは、LDOの2.5V 出力より500mV高い3Vで出力を生成しています。この入出力間電圧差は、LDOがその定格負荷電流である1.1A近くで動作できるのに十分なほど小さい電圧です。入力電源が12Vのとき出力の最大電流は5Aです。500mVの電圧差は、パラメータ（目的の最大出力電流、デバイス間のばらつきを考慮した場合のドロップアウトの余裕、動作温度とトランジェント応答性能の影響）の組み合わせに基づいて選択しています。

低ノイズ向けに最適化されたデュアル出力レギュレータ

図2では、入力電源はやはり12Vですが、2つのLDO出力は5Vおよび3.3Vで発生させます。5V LDO出力の入出力間電圧差は図1と同じ500mVと小さいので、LDO 1とLDO 2は定格電流付近で動作します。3.3V 出力の入出力間電圧差の方が大きいので、LDO 3～LDO 5の出力電流は、それぞれ330mAまでディレーティングすることが必要です。しかし、これら3つのLDOを並列接続すると熱が拡散されるので、ディレーティングしたLDOから得られる出力電流の合計は1Aまで増加します。図3の熱画像は、図1および図2の解決策の比較対象となるLDOの温度を示しています。

図3．図1の回路（a）および図2の回路（b）で最大電流で動作しているときの比較対象となるLDOの温度を熱画像で示します。LTM8001の熱拡散に関する汎用性を示しており、幅広い種類の応用でも熱を拡散できています。

BIASの設定

LDOへのBIAS 入力は、対応する最も高いLDO出力電圧より（ワーストケースで）1.6V高い必要があります。したがって、図1ではBIASの電圧をV_IN から供給していますが、図2では5V出力LDOのBIAS 電圧をV_IN から供給し、3.3V 出力LDOのBIAS 電圧は5.5V のスイッチング・レギュレータ出力（V_OUT0）から供給しています。

出力ノイズの最適化

LDOを使用してスイッチング・コンバータの出力を後段で安定化することにより、低ノイズの電圧を生成できます。その理由は、スイッチング･コンバータ出力とLDOへのBIAS 入力の両方に存在する電圧リップルをLDOが除去するからです。図2の解決策は低ノイズ出力向けに最適化されています。スイッチング・コンバータ出力V_OUT0およびLDO出力V_OUT1～V_OUT5の容量は、電圧リップルを最小限に抑えるよう最適化されています。V_IN からのバイアス入力BIAS45はフィルタ処理されています。LDOリファレンスはノイズの発生源なので、SET1～SET5にはコンデンサを追加してLDOリファレンスをバイパスしています。図4は、図2のLDO1～LDO2の5V出力でのノイズ・スペクトラムの第1高調波のピークが–63dBmであることを示しています。