1. はじめに
BD9064は一般的な非同期DCDCコンバータである。今回安価な測定器(Analog Discovery2)を用いてループゲインを測定してみる。
2. 評価回路
入力12V,出力6.13V, 電流MAX 2Aくらい。
3. レイアウト・パターン図
4. AnalogDiscovery2用ループゲイン測定アダプタ
DCDCコンバータの制御ループゲインを測定するためにAnalog Dicovery2のネットワーク機能を使おうとしたとき、アイソレーションされた信号源が必要となる。(ROHM試料 )
【測定の参考資料】
左の図はネットワーク・アナライザを用いた測定のセットアップ例を示します。オシロスコープでの例と同様、ネットワーク・アナライザに搭載されている信号発生器を、トランスを用いて帰還ループ内に正弦波信号を注入します。ネットワーク・アナライザの入力 R をループの入力へ、入力 A をループの出力へ接続し、A/R を測定することで位相余裕を求めます。広範囲な周波数帯域を測定する場合はトランスの周波数特性の影響が出るので注意が必要です。
トランスへの要求仕様
なるべく測定周波数範囲を広く取りたい
| 項目 | 内容 | 備考 |
|---|---|---|
| 測定周波数レンジ | 100Hz～10MHz | |
| 信号源振幅電圧 | 100mV～max 5V | 大きすぎると出力波形は歪む。 |
| 比率 | 1:1 | なるべく1:1に近くてもOK |
| インダクタンス | 500uH | 大きい方が低い周波数までドライブしやすいから。 500uHで0.3Ω@100Hz これでも低いな |
5種類くらいトランスの評価をおこなった結果以下のトランスが使えそうだとわかった。
この実験から使えそうなトランスは次に示すもの。
DCDCコンバータを分解したときのジャンクトランス
28mm × 28mm × 25mm(高さ)
Port [A]のインピーダンス特性
| 100kHz | 1MHz | |
| Ls | 572.4 uH | 808.8 uH |
| |Z| | 359.6 Ω | 5.229 kΩ |
| Rs | 1.098 Ω | 1.229 kΩ |
| Xs | 359.6 Ω | 5.082 kΩ |
| ∠ | 19.97 ° | 80.5 ° |
| θ | 89.83 ° | 76.4 ° |
| D | 0.003053 | 0.241931 |
| Q | 327.5481 | 4.133417 |
Port [B]のインピーダンス特性
| 100kHz | 1MHz | |
| Ls | 573.1 uH | 807.4 uH |
| |Z| | 360.1 Ω | 5.221 kΩ |
| Rs | 2.236 Ω | 1.235 kΩ |
| Xs | 360.1 Ω | 5.073 kΩ |
| ∠ | 74.3 ° | 80.4 ° |
| θ | 89.64 ° | 76.32 ° |
| D | 0.00621 | 0.243442 |
| Q | 161.025 | 4.107757 |
通過特性
ネットワーク測定
100Hz～10MHzまでかなりいい感じの特性をしている。
信号源の振幅はMAX200mVくらい。
インピーダンス特性的には2MHzあたりで共振点を持つが、トランス特性としてはその影響が見えてこない！？
5. 測定・評価
上記のトランスを用いて「ループゲイン測定用アダプタ」を製作して、実際のDCDCコンバータのループゲインを測定してみることにする。なお、プローブの色はFRA5087と合わせている。
6. 結果
回路動作条件：10V入力、6.133V出力、回路電源負荷：0.4A
| 測定器 | Gain | 位相 |
|---|---|---|
| FRA5087 | 0 | 50度くらい |
| Analog Discovery2 | 0 | 約52度 |
ROHMのデータシートかなり酷似してることがわかる。AnalogDiscovery２は結構使えるぞ！
7. 参考文献
- 周波数特性分析器（FRA）による 位相余裕測定方法 (ROHM)
- BD9064データシート
https://fscdn.rohm.com/jp/products/databook/datasheet/ic/power/switching_regulator/bd906xxefj-c-j.pdf