スイッチングレギュレータ（MAX1837）について

質問

スイッチングレギュレータの動作について質問があります。
現在、15Vの直流電圧を3.3Vに変換するためにMAX1837を用いています。
このMAX1837を動作させる際、CinとL1,Coutを挿入しなければならないのですが、Cin=10uF,L1=33uH,Cout=10uFを挿入したところ、Vp-p=0.2Vの基準電圧3.3Vで安定しました(3.2V～3.4V)。
しかし、Cin=200uFくらいにしたところVp-p=0.5Vほどで基準電圧がおそらく3.3V程に安定しました。
そこで、皆様にお尋ねしたいのですが、このCinやL1,Coutはスイッチングレギュレータの中で、どのような役割を果たしており、値を変化させることでどのような現象が起きているのかを教えていただきたいです。
もし、お時間がありましたらお答えいただけると幸いです。

回答No.4

anachrockt · ベストアンサー

前の質問へのリンク付けるとかしてちゃんと説明しないから，意味不明なことになってますね．
'bias-T'はこんな回路です．
http://www.hirose.co.jp/catalogj_hp/j35500163.pdf
ここの回答がわかりやすいです．
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa4304029.html

> Lに並列にダンピング抵抗を挿入した際、インピーダンスは高くなるのでしょうか？
電気回路は勉強していませんか？
並列に抵抗を入れれば，インピーダンスは低くなります．
ここのp.35に「インピーダンス周波数特性例」が載ってますが，
http://www.tdk.co.jp/puf/glfr_j.pdf
L自体が線間容量と共振してます．
波形伝送で共振回路を接続すると，オーバー／アンダー・シュートやリンギングで波形が乱れます．
そこで波形の乱れを少なくするために抵抗でQダンプするわけです．
最適な抵抗値は波形の乱れを見ながら決定します．

お礼

回答ありがとうございます。
電気回路の知識が不十分でした。
調べてみた結果、並列共振回路の場合は、並列に抵抗を挿入すると
インピーダンスは低くなりますね。
波形の乱れを少なくするために、実験を行って最適な抵抗値を調べてみたいと思います。
前の質問のリンク付けをしておらず、申し訳ありませんでした。

回答No.3

Gletscher

回答の中に間違いなどもあるようですが、細かいことと難しい話は省略しまして、簡単に説明すると、
まず、出力電圧を決めるのは、それらのCでもLでもありません。
MAX1837は、3.3V出力で設計されていますので、そのまま使えば、CやLの値に関係なく3.3Vが出力されますので、3.3V出力が欲しいなら、その点は気にせずに使ってください。
5V出力にしたい場合は、6番端子に抵抗で3.3/5に分圧したフィードバックが帰るようにします。
次にCやLの役割ですが、入力側のCは入力から入る外乱ノイズの除去とリップル抑制が主なものです。
出力側はLとCで波形整形（チョッピングによる高周波ノイズの平滑など）と、負荷変動の吸収が主な目的です。
従って、入力側も出力側も、10uF程度の電解コンデンサと0.01uFくらいのプフィルムコンデンサやスチロールコンデンサを並列につなぐと良いです。
２つつなぐ理由は、電解コンデンサは高周波特性が良くないので、特性の良い、応答の速いコンデンサを並列につなぐことで性能を補うわけです。

Vp-p=0.5V　とことですが、どうやって測りましたか？
オシロスコープなどで波形を見て0.5Vあったとしたら、悪すぎますね。負荷の取り過ぎではないですか？
そうでなければ、発振現象を起こしているかも知れません。Cを特性の良いものに変えるか、0.01～0.1uFくらいのフィルムコンデンサをつないでみてください。

また、出力に欲しい電圧が3.3Vなら、入力は5～8Vくらいが良いと思いますが、15Vとは大きな入力なので、それはつまり、レギュレータ部での電力ロスが大きくなるということです。
発熱に気をつけてください。
MAX1837の定格出力電流は0.25Aですね？
一杯まで使ったとすれば、レギュレータでのロス電力は、
(15V－3.3V）×0.25A＝2.9Wになります。
2.9Wの熱量は、オープンなら問題ないと思いますが、小さなケースなどに入れるなら素子に放熱フィンを付けた方が良いかもしれません。必要かどうかは、素子自体の熱抵抗がどれだけあるかと、箱の中の温度が最高何度まで上がるかで計算します。
真夏の気温を35℃、箱内の温度上昇を15℃とすると、箱内温度は50℃まで上がります。
MAX1837のジャンクション温度を85℃までで抑える設計をするとすれば、熱抵抗は、
（85－50）÷2.9＝12℃／W　の放熱フィンが必要になりますね。

お礼

回答ありがとうございます。
入力側や出力側のCやLは出力電圧とは関係ないのですね。
早速、10uFと0.1uFのコンデンサを並列につないで、
試してみたいと思います。
電力ロスのことは特に考えておりませんでした。
最適な値を考えたいと思います。
ありがとうございました。

回答No.2

maccha_neko

http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX1836-MAX1837.pdf
こいつで良いですよね？8ページのFigure.3でいいかな？
一般的な降圧チョッパでしょう．
基本的にはMAX1837の中のFETスイッチのONによってL1にエネルギーを溜め込んで，OFFの期間はL1から負荷・・ぐるっと戻ってD1経由でL1に戻るというルートで電流を流します．

基本はコイルが「電流を蓄える」ような動作で，ONの間に電流を増やし，OFFの期間はLが少しずつエネルギーを放出して電流も減ってくるというように上下動するわけですね．
負荷を抵抗とすれば，電流が増えれば電圧上昇，減れば電圧降下・・ですが，いささか上下動が激しくなりすぎるのと，負荷が変動すると電圧変動に直結してしまいます（極端な話，オープンにしたらパチッと放電してしまうくらいの電圧になるでしょう）ので，Coutのコンデンサを入れて緩和してやるわけです．
で，出力電圧を見ながらON/OFFの周期や比率を弄ってやればほぼ一定の電圧に保つことが出来るというのがこの回路の基本的な考え方ですね．

ところで入力側は・・というと，コイルに電流を流す期間とOFFの期間が交互にきます．突然電流を流したかと思うといきなりOFF!という具合になるので，入力側の電流変動はかなり大きくなるわけで，電源パターンの抵抗値などによって電圧も上下動を繰り返してしまいます．これを緩和してやるためにCinをつけているわけです．
一方，コンデンサ自身にもインダクタンス成分があってこのインダクタンス容量で直列共振回路になっています．この共振（自己共振）周波数より上ではインダクタンスの効果の方が大きく出てきてしまってもはやコンデンサとは言いがたくなってしまいます．
一般的に大きな容量のコンデンサの場合には共振周波数も低いので，Cinに極端に大きな容量のコンデンサを使うとCinの効果が薄れてしまうでしょう．

まぁ，基本的には参考回路の部品指定に従っておくのが無難だとと思いますよ．

お礼

回答ありがとうございます。
丁寧な説明ありがとうございました。
非常に分かりやすく、Cinは極端に小さすぎても大きすぎてもだめだということが分かりました。

回答No.1

anachrockt

一般にはL1は不要です．
パソコンのマザーボードを見ても，CPU用のDC/DCコンバータ（入力12V，出力1.?V・100A程度）にL1は付いていません．
またCinもノイズ対策で小さなのが付いている程度です．

最初の質問から条件は変わってないんでしょうか？
質問者の回路は'bias-T'といって高周波回路ではよく使われています．
http://download.intel.com/support/wireless/wlan/pro2011b/accesspoint/poe_diagram.pdf
質問者は高周波関連でしょうから，回りの技術者に訊いた方が速いですよ．

僕の最初の質問に対する回答は
・MAX1837はヒステリック制御でノイズが大きいから電圧モード制御のICに変えた方がよい．
・L1はリアクタンスが伝送線路の10倍以上必要，つまり50Ωなら500Ω以上必要．
・Cinは直流エネルギーを供給するために必要（バルク・キャパシタと呼ぶ）．
ですが，理解できなかったようですね．
L1を小さくすると，伝送線路の信号に影響する，ある程度（10倍以上）大きければOKですが，リアクタンスってわかりますよね．
Cinは直流エネルギーを供給してますから，小さいと供給できずに出力変動が大きくなります．
どの程度かは，MAX1837で推奨されているCout:150uF以上の値にすべきでしょう．

'bias-T'でL1にコンデンサを付けて共振させるのが回答にありましたが，普通はこうゆう事はしません．
よくやられるのは，L1に抵抗を並列に入れQ（わかりますよね）をダンプさせます．

お礼

回答ありがとうございます。
今回のL1はスイッチングレギュレータの出力につけるLの部分となっております。
スイッチングレギュレータの入力部に関しては、LC共振回路を試してみようかと思っていたのですが、あまり一般的ではないのですか。
伝送路の信号へ影響を及ぼさないようにL=1000uH(インピーダンスは1570Ω)にした時、
ほぼ影響はありませんでした。
このインピーダンスを再現するためにLC共振回路を用いようかと思ったのですが、もう少し調べてみたいと思います。
Lに並列にダンピング抵抗を挿入した際、インピーダンスは高くなるのでしょうか？