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2017.10.03 DC/DC

同期整流降圧コンバータの損失

損失の検討

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ここからは、同期整流降圧コンバータの損失について検討していきます。最初に同期整流降圧コンバータにおける損失発生箇所を確認します。その後、各ポイントの損失について考えていきます。

同期整流降圧コンバータの損失発生箇所

以下は、同期整流降圧コンバータの概略的な回路と、損失が発生する場所を示した図です。発生箇所については、赤色で略称を与えました。

20170711_graf_11

PONHは、ハイサイドMOSFETオン時のオン抵抗による導通損失です。伝導損失ともいいます。

PONLは、ローサイドMOSFETオン時のオン抵抗による導通損失です。

PSWHは、MOSFETのスイッチング損失です。

Pdead_timeは、デッドタイム損失です。ハイサイドとローサイドのMOSFETが同時にオンになるタイミングがあると、VINとGNDが短絡に近い状態になりシュートスルー電流などと呼ばれる過電流が流れます。これを避けるために、ほとんどのコントローラICは、ハイサイドとローサイドのオン/オフ切り替えの際にわずかな時間両方がオフする時間を持たせてあります。これがデッドタイムです。安全のためには必要なのですが、損失となってしまいます。

PICは、電源用IC、この場合はパワートランジスタ外付け同期整流降圧コンバータ用コントローラICの電源電流です。基本的にはICそのものが消費する電流で、自己消費電流です。

PGATEは、外付けMOSFETのゲートチャージ損失です。MOSFETのゲートには原則的に電流は流れませんが、ゲート容量をドライブするための電荷が必要になり、これは損失となります。ハイサイドとローサイド両方を考えます。

PCOILは、出力インダクタのDCR、直流抵抗による導通損失です。

これらの損失をすべて加算したものが、同期整流降圧コンバータの損失となります。

損失合計P=PONH+PONL+PSWH+Pdead_time+PIC+PGATE+PCOIL

 PONH:ハイサイドMOSFETオン時のオン抵抗による導通損失
 PONL:ローサイドMOSFETオン時のオン抵抗による導通損失
 PSWH:スイッチング損失
 Pdead_time:デッドタイム損失
 PIC:ICの自己消費電力損失
 PGATE:ゲートチャージ損失
 PCOIL:インダクタのDCRによる導通損失

次回からは、個別の損失を考察していきます。

キーポイント

・同期整流降圧コンバータの損失は、各部の損失の合計となる。

降圧DC/DCコンバータ 損失の検討