LTpowerCAD II：スイッチングレギュレーターの設計ツール

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こんにちは、私の名前はサム・ヤングです。私はアナログ・デバイセズのPower by Linear部門で、Power Productsのアプリケーションエンジニアを務めています。本日は、アナログ・デバイセズのPower by Linearが提供するマイクロモジュールおよびモノリシックDC-DCレギュレーター製品を使用したアプリケーション回路の設計をサポートする強力なツールである、LTpowerCAD設計ツールプログラムをご紹介します。

スイッチング電源を設計することは、特に経験の浅いエンジニアにとってはしばしば困難であり、時間がかかる場合があります。熟練したエンジニアであっても、部品の値調整や計算の繰り返しといった時間のかかるプロセスが必要とされることは珍しくありません。さらに、データシートに記載された仕様やガイドラインがあったとしても、適切なループ補償や低トランジェント性能などの側面を正確に推定することは一般的に簡単ではありません。

LTpowerCAD設計ツールは、この作業を効率化します。このツールは、設計を最適化するために必要な重要な性能予測を提供します。この強力なツールは、電源ステージからフィードバックループの最適化に至るまで、設計プロセス全体を案内し、設計にかかる時間と労力を削減します。

LTpowerCADは、ユーザーフレンドリーな回路図インターフェースを備えたMicrosoft Excelベースのプログラムです。無償でダウンロードできるAnalog DevicesのPower by Linearウェブサイト（www.analog.com）から入手可能です。このツールは、用途に適したLTC製品の選定を支援し、供給元の要件に合わせた性能計算やパラメータ警告を伴う電源段コンポーネントの値推奨を提供します。

ベンチで検証されたループゲインと低過渡性能の推定値も提供され、設計を完成させるための情報が揃います。そして最終的に、アプリケーション回路はアナログ・デバイセズのPower by LinearシリーズのLTspiceシミュレーターを使用してリアルタイムのシミュレーションに活用することができます。

さらに、このツールには、組み込みのパワーコンポーネントライブラリ、レイアウトリファレンス、総コスト、ソリューションサイズ、および最終設計のストレス解析を詳細に示す設計概要を含む、多くのデザイン参照機能が備わっています。それでは、LTpowerCADツールの設計フローと、この強力なツールが提供する主な機能のいくつかを確認するために、簡単な例を取り上げてみましょう。この例では、12ボルトの公称入力から、1.5ボルトの出力電圧で10アンペアをサポートする電源が必要になります。

この人気のあるアプリケーションでは、選択できる部品がいくつかあります。コントローラータイプの部品を選び、LTC3851A降圧レギュレーターを使用することにしましょう。入力したすべての希望するパラメータが自動的に設計に反映されます。これらの値は、青いセル内の値を書き換えることで調整可能です。

黄色のセルは、部品に特化した計算値の参照を保持しています。LTpowerCADは、使いやすい回路図インターフェースで構成されています。黄色のセルには、パラメータや部品の選択に基づいて計算された値が保持されています。青いセルは、部品の選択を調整するために使用することができます。この例では、設計ツールが既に入力RMS電流、インダクタリップル電流、出力リップル電圧、フィードバック電圧設定用抵抗などを計算しています。

望ましくない値が入力されると、赤い警告が表示され、不適切なコンポーネント値に関する警告を示します。これにより、入力値がアプリケーションの要件や使用予定の外部コンポーネントの定格を満たしているかどうかを判断できます。例えば、出力電圧のリップル要件がまだ満たされていない場合は、設計パラメータを必要に応じていつでも変更することができます。

後で参照できるように、レイアウト例を表示をクリックして、PCBのトップ層における推奨される電源セクションのレイアウトをご覧ください。「損失推定と詳細」タブでは、設計内のさまざまな損失要因に対する効率および損失の内訳をプログラムが推定します。

各コンポーネントライブラリには、広範な組み込みコンポーネントが含まれています。このライブラリはユーザーが独自のコンポーネントを追加できるように更新可能です。また、ライブラリには、主要なコンポーネントベンダーの部品検索や情報ページにアクセスするためのリンクも用意されています。損失推定タブには、負荷電流に対する効率と電力損失の曲線、およびシステム内でのさまざまな損失の内訳を示すチャートが含まれています。

LTpowerCADは、ループゲインを推定してループおよび負荷過渡応答性能を評価するのに役立ちます。

動作条件と補償コンポーネントの値入力はリアルタイムで調整可能であり、設計を微調整することができます。ループゲインプロットに加えて、周波数プロットやインピーダンスプロットの選択も可能で、ループの各段階がどのように寄与しているかを確認できます。

初期設計に満足したら、LTspiceにエクスポートして回路のリアルタイムシミュレーションを実行し、その動作をより詳細に確認することができます。もちろん、設計のすべての要素を考慮するためには、ベンチ検証が不可欠です。ご覧のとおり、LTpowerCADは設計の基盤となる優れた出発点を作成するための、使いやすく強力なツールです。

Analog DevicesのPower by LinearによるマイクロモジュールおよびモノリシックDC-DCレギュレーターを使用したアプリケーションを完成させる初期段階で、時間と労力を節約できます。LTpowerCADは当社のウェブサイトから無料でダウンロード可能です。