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WEBENCH® Power Designer(以下WEBENCH® )は、Texas Instruments社(以下TI社)が提供する電源製品向け回路設計・シミュレーションツールです。日頃、WEBENCH® をご使用のお客様から、電源製品におけるシミュレーションの活用方法について多数お問い合わせを頂きます。本記事では実際にお客様から頂いた質問と弊社エンジニアが回答した内容を元に、皆さまにも参考にして頂ける情報をQ&A形式でご紹介します。

シミュレーションの活用方法をみる前に...

題材としてTI社電源製品 "TPS54320" を選びました

シミュレーションの題材として、アプリケーションはACアダプタを想定し、一般的な仕様要件を満たすTI社電源製品TPS54320を選びました。TI社 WEBサイトのTPS54320製品ページより、例として、

入力電圧 = 12V、出力電圧 = 5V、不可電流 = 2.5A

こちらの条件を入力し、「設計を開く」をクリックするとWEBENCH® 画面が立ち上がります。

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TI社 オフィシャルサイト TPS54320製品ページ

シミュレーションって何ができるの?

と思われた方もいらっしゃいますよね。電源製品で実行できるシミュレーションは5つあり、プルダウンメニューから選択できるようになっています。
メニューからいずれかを選択し、「新しいシミュレーションを開始」をクリックします。
するとシミュレーションが開始され、暫くするとそれぞれのシミュレーション結果を確認できる状態になります。

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各シミュレーションの意味は、下記の通りです。

  • Bode Plot:ボード線図(周波数応答)
  • Input Transient:入力過渡応答
  • Load Transient:負荷過渡応答
  • Startup:起動特性
  • Steady State:定常特性


...と箇条書きで言われても、分かりづらいですよね。それでは実際にお客様がお困りの際に受けた質問と併せて、各シミュレーションの活用方法を見ていきましょう。

実際のQ&Aをみていきましょう!

Q:基板設計の前に、動作時の電圧・電流波形を確認する方法はありますか?

A:"Steady State" で通常動作時の波形を確認できます

"Steady State" とはその名の通り、通常動作状態のことを指し、様々なパラメータ値を波形で出力することができます。

プルダウンメニューから「Bode Plot」をクリックし、回路図にある各端子アイコン(赤字表示)をクリックすると、右図に波形が表示されます。さらにアイコンをクリックすると波形が追加されていきます。下図は一例として、インダクタ電流とスイッチ電圧を表示させています。

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さらに追加情報!

  • 各アイコンの機能紹介はアイコンにポインタを合わせると表示されます。
  • 波形上部の「Waveform Controls」をクリックすると、レンジの変更、波形の色の変更も可能です。
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Q:基板設計の前に、動作時の電圧・電流波形を確認する方法はありますか?

A:"Bode Plot" で電源ICの伝達特性(安定度)を確認できます

"Bode Plot" とは、ゲインの絶対値(dB)とその位相(degrees)を縦軸に取り、周波数(Hz)を横軸に取ったグラフのことを指します。電源ICの伝達特性を図示する手法のひとつで、電源ICの安定度を確認する指標となります。

プルダウンメニューから「Bode Plot」をクリックすると、Bode Plot図が表示されます。
左側縦軸(赤字)のゲインの絶対値=0dBのときの、右側縦軸(青字)の位相の値を読み取る事で位相余裕を確認できます。これにより伝達特性、安定度を確認することができます。

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さらに追加情報!

  • 詳細な位相補償部品定数調整にはWEBENCH® サマリ画面タブ「ReComp」で調整可能です。

Q:基板設計の前に、電源起動時の動作を確認する方法はありますか?

A:"Startup" で動作波形を確認できます

"Startup" とは、起動特性のことを指し、電源ICを起動する際の動作波形を確認することができます。

プルダウンメニューから「Startup」をクリック、その後「新しいシミュレーションを開始」をクリックすると、入力電圧(VIN)、出力電圧(VOUT)が安定するまでの時間と波形がグラフで表示されます。

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さらに追加情報!実機環境に近い起動特性を表示させたい方はこちらをお試しください。

"Vin" のアイコンをクリックしたときに現れるポップアップ画面で、Source Resistance(入力側の抵抗値)、Initial time Delay(起動遅延時間)、Rise Time(立ち上がり時間)等を実際の入力電圧条件に合わせる

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Q:入力電圧が変動した際のIC動作をシミュレーションできますか?

A:"Input transient" で変動時の動作波形を確認できます

"Input Transient" とは、入力過渡応答のことを指し、入力電圧が変動した際の電源ICの動作を波形で表示することができます。

本波形では変動が無いほうが、動作として安定しているといえます。下図の波形でも "Vout" と "Vin" が重なり、何の変化もない波形となっていますが、間違いではありません。

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さらに追加情報!実機環境に近い動作波形を表示させたい方はこちらをお試しください。

"Vin" のアイコンをクリックしたときに現れるポップアップ画面で、Rise Time(立ち上がり時間))、Fall Time(立下り時間)、Pulse Width(パルス幅)、Initial time Delay(起動遅延時間)、Source Resistance(入力側の抵抗値)等を実際の入力電圧条件に合わせる

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Q:負荷が変動した際の波形を確認したいですが、何か方法はありますか?

A:"Load Transient" で負荷変動に応じた動作状況を確認できます

"LoadTransient" とは、負荷過渡応答のことを指し、負荷変動に応じた電源ICの動作状況を波形として確認できます。

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さらに追加情報!実負荷に近い条件を設定されたい方はこちらをお試しください。

  • "Iout" のアイコンをクリックしたときに現れるポップアップ画面で、Minimum Load Current(最少出力電流)、Initial Load Current(通常動作時の電流値)を設定頂く事で最小出力電流から通常動作電流値への変動状況を設定できます。
  • 電流自体のRise Time(立ち上がり時間)とFall Time(立下り時間)、Pulse Width(パルス幅)も設定できます。
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まずは、WEBENCH®を使ってみよう

様々なシミュレーション機能をご紹介しましたが、参考になりましたでしょうか。

TI社の電源製品をご検討、ご設計のお客様は、ほとんどの方々がWEBENCH® をお使いで、様々な用途でご活用頂いています。ぜひ記事をご覧の皆さまもご自身の用途に合わせた使い方をマスターしてみてください。

WEBENCH®をお使いになる場合、事前にmyTIにご登録頂く必要があります。
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