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負荷過渡応答と静止電流の関係は?

著者:  Pavel Vlcek  - 07-16-2021 

多くの設計者は、優れたダイナミック性能と低い静止電流を持つ理想的な低ドロップアウト・レギュレータ(LDO)を求めていますが、その実現は困難です。

前回のブログ「LDO(低ドロップアウトレギュレータ)のドロップアウトとは何か?」では、ドロップアウトの意味、仕様の決め方、サイドドロップアウトのパラメータに対する当社の製品ポートフォリオについて説明しました。

今回のブログでは、このシリーズの続きとして、負荷過渡応答とその静止電流との関係に焦点を当てます。

いくつかの用語を定義しましょう。

  • 負荷過渡応答とは、LDOの負荷電流が段階的に変化することによる出力電圧の乱れのことです。
  • 接地電流とは、出力電流の全範囲における、負荷に対するLDOの消費量のことです。接地電流は出力電流に依存することもありますが、そうではない場合もあります。
  • 静止電流とは、出力に負荷がかかっていない状態でのLDOのグランド電流(消費量)のことです。

 

パラメータ

LDO1

NCP148

LDO2

NCP161

LDO3

NCP170

負荷過渡応答

最も良い

良い

最も悪い

静止電流

高い

低い

超低い

表1. LDOの構造の比較

 

LDOの負荷過渡応答結果と静止電流の比較のために、表1の例のように、異なる構造のLDOを並べてトレードオフを示しています。LDO1は負荷過渡応答が最も良く、静止電流が大きいです。LDO2は、静止電流は低いですが、負荷過渡応答は良好ではあるものの最良ではありません。LDO3は静止電流が非常に低いですが、負荷過渡応答が最も悪いです。

 

図1. NCP148の負荷過渡応答

 

当社のNCP148 LDOは、静止電流は大きいですが、最も理想的な動的性能を持つLDOの例です。図1をみると、NCP148の負荷過渡応答は、出力電流を低レベルから高レベルへと段階的に変化させた場合、100μA→250mA、1mA→250mA、2mA→250mAとなっています。出力電圧波形にわずかな違いがあることがわかります。

 

図2. NCP161の負荷過渡応答

 

比較のために図2を見てください。これはNCP161の負荷過渡応答です。アダプティブバイアス」と呼ばれる内部機能により、低静止電流で優れたダイナミック性能を持つLDOを実現しています。この機能は、出力電流に応じて、LDOの内部フィードバックの内部電流とバイアスポイントを調整するものです。しかし、アダプティブバイアスを使用しても、いくつかの制限があります。アダプティブバイアスが作動しておらず、負荷電流が1mAよりも大きい場合、負荷過渡応答は良好です。しかし、初期電流レベルが100μAのときにアダプティブバイアスを作動させると、はるかに大きな差が現れます。IOUT=100uAのときは、アダプティブバイアスによって内部のフィードバック回路に低めの電流が設定されるため、応答が遅くなり、負荷過渡応答が悪化します。

図3は、2つのデバイスの負荷電流の関数としての接地電流を示しています。 NCP161の方が低負荷電流時の静止電流が小さく、グランド電流も小さくなっています。しかし、図1に見られるように、非常に低い負荷からの負荷ステップに対する過渡応答は、NCP148の方が優れています。

 

図3. NCP161NCP148のグランド電流

 

NCP170の静止電流は、わずか500nAという非常に低い値です。図4は、NCP170の負荷過渡応答を示しています。内部フィードバックが非常に遅いため、初期の出力電流に関わらず、ダイナミック性能が低下しています。

 

図4. NCP170の負荷過渡応答

 

しかし、アプリケーションのバッテリ寿命に対する要求は高まっており、それに伴い静止電流に対する要求も低くなっています。オン・セミコンダクターの最新製品NCP171は、静止電流は50nAの超低静止電流の製品です。一般的にバッテリは最も重い部品であるため、NCP171を使用することにより、充電器をより長時間化でき、あるいはポータブル電子機器をより軽量化できます。

静止電流を最小限に抑えつつ、適切な負荷過渡応答を選択することが重要です。過渡応答が良いと、一般的にLDOの静止電流が高くなり、逆に負荷過渡応答が悪いと、通常、静止電流が低くなります。設計者が最適な負荷過渡応答を実現するために、お客様の特定のアプリケーションのニーズに基づいて、当社のさまざまな製品をチェックしてみてください。

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Tags:Industrial
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