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2020.09.09 DC/DC

전원 IC의 데이터시트 구성 : 전기적 특성의 요점

스위칭 레귤레이터의 특성과 평가 방법

「전원 IC의 데이터시트 구성」으로서 「데이터시트의 표지」, 「블록도」, 「절대 최대 정격과 권장 동작 조건」에 이어, 「전기적 특성의 요점」에 대해 설명하겠습니다.

스위칭 레귤레이터의 특성과 평가 방법을 이해함에 있어서, 전원 IC의 데이터시트를 파악하는 것이 매우 중요하다는 점이 기본 개념입니다.

・전기적 특성의 요점
데이터시트에는 IC의 특성과 그 보증치가 제시되어 있는 규격치표가 반드시 게재되어 있습니다. 이러한 특성치를 사용하여 설계를 진행하지만, 모든 조건에서 특성치를 제시할 수는 없습니다. 따라서, 특성치는 정해진 전원전압, 온도 등의 조건을 바탕으로 규정되어 있습니다. 그리고 대부분 해당 조건에서의 값, 예를 들면 Ta=25℃에서의 값이며, Ta=25.1℃에서의 값은 아닙니다. 그러나, 실제 사용 조건에서는 정확히 Ta=25℃인 경우는 없으며, 기기의 기동 시에는 실온이지만 시간의 경과에 따라 하우징 내부 온도가 50℃까지 오른다는 예도 많이 있습니다.

즉, 규격치표의 수치는 어떤 조건에서의 수치인지, 그리고 최소치, 최대치와 같은 보증치인지, 표준치 (typ)인지를 파악하고, 이러한 내용을 고려한 후에 사용해야 하는 수치입니다. 하기는 규격치표의 참고 예입니다. 적색 화살표 부분에 조건이 명시되어 있습니다. 이러한 조건하에서 기재된 수치는 보증되지만, 조금이라도 조건이 달라지면 보증되지 않습니다. 이 예에서 온도 조건은 Ta=25℃이지만, 온도의 경우 비교적 규정된 모든 동작온도 범위에서 보증치가 제시되어 있는 경우가 있습니다. 이러한 경우에는 모든 온도 범위에서의 보증치를 참고해야 합니다.

◆규격치표에는 설계에 꼭 필요한 특성치가 제시되어 있다.

  • 보증치의 조건 (적색 화살표)에는 주의가 필요하다. 사용 조건에 최대한 가까운 조건의 값을 참조하거나, 그래프를 이용한다.
  • 대부분의 규격치가 지정 조건에서의 수치이므로, 온도 및 전원전압 등 변동 요건이 있는 경우에는 반드시 그래프를 확인한다.
  • 규격치란의 최소 / 최대치는 보증치이다. 표준 (Typ)은 보증치가 아니다.
  • 설계 시에는 표준치를 참조해도 무방하지만, 최악의 조건 (최소 / 최대치)에서의 검증이 필수이다.

다음으로, IC의 특성치와 응용 회로의 특성치의 관계에 대해 이해해야 합니다. 전원 IC의 규격치가 그대로 해당 IC를 사용한 전원의 특성치가 되는 것은 아닙니다.

예를 들어, 출력전압을 설정하는 기준이 되는 FB 단자 전압 (레퍼런스 전압이라고 호칭하는 메이커도 있음)은 기본적으로 최대치와 최소치가 규정되어 보증되고 있습니다. 출력전압을 결정하는 중요한 특성치이므로 당연한 사실이라고 할 수 있습니다.

오늘날의 스위칭 전원용 IC의 경우 FB 단자 전압의 정밀도는 ±1%로 고정밀도인 제품이 많습니다. 그러나, 분압 저항을 접속하여 출력전압을 설정하면 (사양이 그렇게 되어 있음), 안타깝게도 출력 정밀도는 ±1%를 보증할 수 없게 됩니다. 조금 더 단순하게 설명하자면, 저항치와 FB 핀 전압의 공칭치를 사용하여 계산한 출력전압은 저항과 FB 핀 전압의 허용차가 존재하는 한, 우연한 경우를 제외하고는 절대로 계산치와 같아지지는 않습니다. 하기는 ±1% 정밀도의 저항을 사용하여, FB 핀 전압의 정밀도가 ±1%인 경우의 출력전압 오차의 예입니다.

◆규격치 = 전원 특성 (성능)이 성립하지 않는 예

출력전압의 정밀도는 하기를 포함한다.
・FB 전압의 오차 : ±1%
・저항의 공차 : 정밀도 (예 ±1%) + 계열에서 근사치 선택 (계산과 일치하는 저항치가 없을 수도 있다.)

즉, 출력전압 정밀도 ±1%의 전원을 만들고자 할 경우에, FB 핀 전압의 정밀도가 ±1%의 전원 IC를 선택하면, 출력전압 정밀도 ±1%는 보증할 수 없게 됩니다. 「이는 최악의 조건으로 계산한 경우이며, 표준치 (typ)로는 ±1%에 포함된다」는 의견도 있을지도 모르지만, 엄밀한 보증이 요구되는 경우에는 「보증할 수 없다」고 판단해야 합니다.

이와 같이, 규격치는 어디까지나 IC의 특성치이며, 회로로서 구성한 경우에 이러한 특성이 반영되기는 하지만, 제시된 값이나 특성이 그대로 얻어지는 것은 아니므로 주의해야 합니다.

키 포인트

・전원 설계를 위해서는 전원 IC의 데이터시트를 잘 이해해야 한다.

・IC의 규격치와 전원 회로로서의 특성치는 직접적으로 일치하지 않는다.

・모든 특성이 규격화되어 있는 것은 아니다.

・그래프나 파형이, 규격치에 없는 특성을 보충하는 경우가 있으므로 반드시 확인한다.

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