評価ボード設定

オリジナルの評価ボードの変更点は、位相補償回路を最適値に変更しました。

変更前：R4=8.45kΩ　C5=0.33nF

変更後：R4=6.3kΩ　C5=1.36nF

評価条件　：　入力電圧 12V 、　出力電圧5V、　負荷電流 3A 、　スイッチング周波数2MHz設定

測定環境

・安定化電源　KIKUSUI　PAN35-20Eを使用。　評価ボードのVINーGND間に接続

・電子負荷　KIKUSUI PLZ164WSを使用。　VOUT-GND間に接続

・オシロスコープ　Tektronix 6シリーズを使用。  出力コンデンサーC6の両端でリップルを観測
　　　- パワーレールプローブ　TPR1000を使用。
　　　- アクセサリー　1.3m, SMA(Ma) - MMCX (Ma) , 50Ωケーブル
　　　- アクセサリー    MMCXコネクター（Wurth Elektoronik 66012002111503) 

出力コンデンサーの容量を小さくした場合

評価ボードの初期状態では、位相余裕が最適ではないため補償回路を変更しました。

図1の回路図中のR4とC5を次の様に変更し、位相余裕を56° ⇒ 81.5°に改善しました。

変更前：R4=8.45kΩ　C5=0.33nF　⇒　変更後：R4=6.3kΩ　C5=1.36nF

位相余裕を最適化した後、出力コンデンサー（C6）を123uF ⇒ 45uF ⇒ 23uFと変化させ出力電圧を確認した結果が、図2のリップル波形となります。

出力コンデンサーの容量変更の結果

出力コンデンサーを初期設定の123uFから45uFに変更したところ、リップル電圧が1.9mVから4mVに大きくなりました。リップル電圧が許容できるのであれば、出力コンデンサー容量を45uFまで小さくすることは可能と考えられます。

しかし、コンデンサー容量を23uFまで減らしたところ、出力リップルは30mVまで大きくなり出力電圧が不安定（発振気味）になってしまいました。

この結果から、出力コンデンサーを安易に小さくしてしまうと、出力電圧が不安定になってしまうことが分かります。

次に、出力コンデンサーが45uFの時の位相補償回路が最適な状態であるかを確認してみます。

出力コンデンサー163uF時の位相余裕と負荷応答性

出力コンデンサーが163uF時の位相余裕と負荷応答特性の測定結果が、図3となります。

位相余裕度は、74.1～82°、負荷応答特性を確認すると、電圧変動は±100mV（クロスオーバー周波数71.8KHz）でした。

出力コンデンサー45uF時の位相余裕と負荷応答性

出力コンデンサーが45uF時の位相余裕と負荷応答特性の測定結果が、図4となります。

位相余裕度は、51.2°～65.1°、負荷応答特性を確認すると、電圧変動は約±137mV（クロスオーバー周波数168.2KHz）でした。

位相余裕は、約20°小さくなりました。この結果から、出力コンデンサーの容量を変更することで位相余裕が変化することがご理解いただけると思います。

位相補償回路の最適化

出力コンデンサー45uF時の位相補償回路を最適化した結果が、図5になります。

図１の回路図中のR4とC5を次の様に変更し、位相余裕が53.9° ⇒ 77.3°に改善しました。

変更前：R4=6.3kΩ　C5=1.36nF　⇒　変更後：R4=1.0kΩ　C5=3.3nF

ただし、クロスオーバー周波数が168.2KHz ⇒ 53.3KHzとなり負荷応答特性が遅くなり、電圧の変動が+221mV/-264mVと大きくなりました。

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