昇圧型DC-DCｺﾝﾊﾞｰﾀの効率解析

2015年3月2日
昇圧型DC-DCｺﾝﾊﾞｰﾀの効率解析
群馬大学
松田順一
1
概要
• スイッチングレギュレータ概要
• 昇圧型DC-DCコンバータ解析（多灯白色LEDドライバー）
– 不連続、臨界、連続モードに於ける解析
• 主なエネルギー損失
• エネルギー効率計算手順とｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ結果
– 各ノードの電圧・電流の時間変化
– 各特性の周波数依存性
• 効率、ﾋﾟｰｸ電流/許容電流比、ﾋﾟｰｸ電流、ﾃﾞｭｰﾃｨ比、ﾘｯﾌﾟﾙ電圧、
スイッチングTr消費電力
– スイッチングTr特性のゲート幅依存性
• 消費電力とスイッチング用MOSFETのRON、効率とﾁｯﾌﾟ総原価
（注）群馬大学アナログ集積回路研究会第４９回講演会（2006年10月13日）資料から抜粋
2
ｽｲｯﾁﾝｸﾞﾚｷﾞｭﾚｰﾀの基本構成
DC-DCコンバータ
Vo
Vi
ドライブ
PWM
誤差増幅
Vr
3
スイッチングによるコイルの起電力
+
-
電流
-
電流
+
4
DC-DCｺﾝﾊﾞｰﾀの基本回路
＋
Vi
Vo
＋
Vi
Vo
－
－
昇圧型
降圧型
－
Vi
Vo
＋
昇降圧型
5
昇圧型DC-DCｺﾝﾊﾞｰﾀ回路図
ー負荷：白色LEDー
Ii
L
Io
VO
白色
LED
Vi
VgSW
SW Tr
C
ミラーTr
6
不連続モード時の電流の時間変化
Ii
VgSW
IP
TF
TOFF
TON
t
TON
t
TOFF
T
T
7
エネルギーの流れ
• TON時
– コイルへのエネルギー蓄積
• TOFF（TF）時
– TON時にコイルに蓄積されたエネルギーの放出
– 電源からのエネルギー供給
– ダイオードを通して負荷へのエネルギー供給
8
不連続モードの解析１
（コイルのエネルギー蓄積と放出）
TONの間コイルに流れる電流
I i 
Vi
V
VD
dI
T
I
I
1
t  P t　 i  P  I P  i  L i  Vi , D  ON , f 
L
TON
L TON
Lf
dt
T
T
TON 間にコイルに蓄えられるエネルギー（電源からの供給エネルギー）
1 Vi 2 2
1
EON   Vi I i dt 
TON  LI P2
0
2 L
2
TFの間コイルに流れる電
流
TON
I i 
Vo  Vi
V V I
dI
TF  t   I P TF  t 　 o i  P  L i  Vi  Vo
L
TF
L
TF
dt
TF 間にコイルから放出されるエネルギー
ECF  
TF
0
1 Vi  Vo  2
1 2
Vi  Vo I i dt  
TF   LI P  放出エネルギー
2
L
2
2
9
不連続モードの解析２
（電源から供給されるエネルギー）
TFは以下で与えられる。
ViTON
Vo  Vi I P
Vi
IP
TF 
, 
 , 
 I P消去
Vo  Vi
L
TF
L TON
TF 間に電源から供給されるエネルギー
Vo  Vi
V V  V 

TF  t dt  i o i TF2
0
0
L
2L
Vo  Vi I P
Vi
1
1 Vi 2
IP
 Vi I PTF 
TON TF 
 , 
2
2 L
L
TF
L TON
TF
TF
EF   Vi I i dt   Vi
TONとTF 間に電源から供給されるエネルギー（入力エネルギー）
EIN  EON
Vi 2
1 Vi 2 2 1 Vi 2
 EF 
TON 
TON TF 
TON TON  TF 
2 L
2 L
2L
10
不連続モードの解析３
（出力電圧と負荷側消費電力）
EIN がTの間に負荷側で消費されるとすると、その消費電力は
Vi 2
Po  Vo I o 
TON TON  TF 　2 LT
となる。上式にTF  ViTON Vo  Vi を代入してVoを求めると、
2
Vi 2TON
Vi 2 D 2
Vo 
 Vi 
 Vi
2 LTIo
2 LfI o
となる。これに、I oをかけるとPoの別の式が求まる。
2
Vi 2TON
Vi 2 D 2
Po 
 Vi I o 
 Vi I o
2 LT
2 Lf
11
臨界モードの解析
臨界モードのI Pは不連続モードの場合と同じで以下になる。
Vi
Vi D
I P  TON 
L
Lf
臨界モードのPoは不連続モードのTFがTOFFになる場合であり、
以下で表される。
Vi 2
Vi 2
Vi 2
1
Po 
TON TON  TOFF 　
TON 
D  Vi I P
2 LT
2L
2 Lf
2
また、臨界モードの出力電圧は、TOFF  ViTON Vo  Vi から
 TON
Vo  1 
 TOFF
となる。

1
Vi 
Vi
1 D

12
連続モード時の電流の時間変化
Ii
臨界モード
VgSW
連続モード
IP
IB
t
TON
TOFF
T
t
TON
TOFF
T
13
連続モードの解析１
（コイルのエネルギー蓄積と放出）
TONの間コイルに流れる電流
Vi
Vi I P  I B
dI i
IP  IB
I i  I B  t　 IB 
t　 
L
 Vi
L
TON
L
TON
dt
TON 間にコイルに蓄えられるエネルギー（電源からの供給エネルギー）

1
1
EON   Vi I i dt  ViTON I P  I B   L I P2  I B2
0
2
2
TOFFの間コイルに流れる電
流
TON

Vo  Vi
Vo  Vi I P  I B
dI i
IP  IB
I i  I P 
t  IP 
t　　
L
 Vi  Vo
L
TOFF
L
TOFF
dt
TOFF 間にコイルから放出されるエネルギー
ECF  
TOFF
0


1
Vi  Vo I i dt   L I P2  I B2  放出エネルギー
2
14
連続モードの解析２
（電源から供給されるエネルギー）
TOFF 間に電源から供給されるエネルギー

I I
dt  ViTOFF P B
EOFF   Vi I i dt  
t　0
0
2

V I I
1
1
 Vi I P  I B T  L I P2  I B2  i  P B , TOFF  T  TON
2
2
L
TON
TOFF
TOFF

I I
Vi  I P  P B
TOFF



TONとTOFF 間に電源から供給されるエネルギー（入力エネルギー）
E IN  EON  EOFF
1
 Vi I P  I B T
2
EIN がTの間に負荷側で消費されるとすると、その消費電力は
1
Po  Vo I o  Vi I P  I B 　2
15
連続モードの解析３
（出力電圧とピーク電流）
TON 時とTOFF 時の下記の関係から
Vi I P  I B
Vo  Vi I P  I B
TON 時：　
、　TOFF 時：

L
TON
L
TOFF
Voは、以下で表される。
 TON 
1
Vi 
Vo  1 
Vi  臨界モードの場合と同じ
1 D
 TOFF 
I PとI Bは、上記TON 時の関係式とPo  Vi I P  I B 　/ 2から、
以下で表される。
Po Vi
Po Vi
I P  
TON , I B  
TON
Vi 2 L
Vi 2 L
16
リップル電圧
TONとTOFF 時のエネルギーが容量のリップル電圧に影響
不連続モード
Vi 2
1
2
TON TON  TF 　 C V 
2L
2
Vi 2
 V  TON TON  TF 　LC
臨界モードでは、TFをTOFFにすればよい。
連続モードでは、電流の変化成分のみがリップル
電圧に影響し、式は臨界モードと同じになる。
17
主なエネルギー損失
•
•
•
•
•
•
SW TrのRONによる損失
SW Trのゲートへの充放電による損失
SW Trのターンオフ時のもれ電流による損失
ミラーTrの消費電力による損失
ダイオードの順方向消費電力による損失
コイルの内部抵抗による損失
18
RONの導出
VDSの低いM OSFETの線型領域において、I DSは
I DS 
0
1   eff VGS  Vt 
VGS  Vt VDS
W
 0  0Cox
L
 eff   0   0 RD  RS 
となる。上式からRONは以下になる。
RON
VDS 1   eff VGS  Vt 


I DS
 0 VGS  Vt 
19
RDとRSがある場合の電流式
RDとRSがある場合、I DSはVDSの低い線型領域において
以下になる。
I DS 
0
1   0 Vgs  Vt
 V
gs
 Vt Vds
Vgs  VGS  I DS RS  VGS , Vds  VDS  I DS RD  RS 
上記近似は、ドレイン側のみドリフト層のある高耐圧Tr
では成立する。VgsとVdsをI DSの式に代入して整理すると、
I
 0 VGS  Vt 
DS 
VDS 1   0 VGS  Vt    0 RD  RS VGS  Vt 
 I DS
 0 VGS  Vt VDS
 0 VGS  Vt VDS


1   0   0 RD  RS VGS  Vt  1   eff VGS  Vt 
20
SW TrのRONとｹﾞｰﾄ容量による消費電力
TON 時RONによる消費電力PRON
不連続と臨界モードの場合
 IP
PRON
0  TON
連続モードの場合
RON

T
TON
2

1
TON
2
t  dt  RON I P D　D 
3
T

2

IP  IB 
1
2
2


PRON
I

t
dt

R
I

I
I

I
ON
P
P B
B D
0  B TON 
3
SWTr のゲートの充放電による消費電力PGC
RON

T
PGC
TON


1

CdVd2
2T
21
SW Trﾀｰﾝｵﾌ時の回路
Pre-driver
SW Tr
ip
容量
Cd VdSW
Vg
Vd
VgSW
id
Vg
in
t
idSW
Vd
t
t
22
プリドライバーTrの入出力電圧
Vd,Vg
PTｒ線型
Vcc
PTr飽和
PTr off
Vd
NTr PTr
Vg
① OFF 線型
|Vtp|
Vg4
② 飽和線型
Vg3
③ 飽和飽和
Vg2
④ 線型飽和
⑤ 線型 OFF
Vg1
Vtn
t0 t1
①
NTr off
②
NTｒ飽和
t2
③
t3
④
t4 t5 t6
⑤ ⑥
NTｒ線型
t
⑥ 線型 OFF
23
SW Trﾀｰﾝｵﾌ時の消費電力導出概要
• 近似
– SWTrのゲート容量Cdの電荷はﾌﾟﾘﾄﾞﾗｲﾊﾞｰn-chTrのみのONにより放電
（p-chTr：OFF）
• ﾌﾟﾘﾄﾞﾗｲﾊﾞｰn-chTrの飽和電圧Vdsatを導出
– 3次方程式から導出
• ﾌﾟﾘﾄﾞﾗｲﾊﾞｰn-chTrのｹﾞｰﾄ電圧の時間変化（線型）に対
するﾄﾞﾚｲﾝ電圧Vdの変化導出
– 飽和領域⇒線型領域（ Vdsatで場合分け）
• SWTrのｹﾞｰﾄ電圧Vgsw（=Vd）の時間変化に対するﾄﾞ
ﾚｲﾝ電圧Vdswの変化導出
– 線型領域⇒飽和領域（ SWTｒ飽和電圧で場合分け）
• SWTｒの線型領域から飽和領域までのｴﾈﾙｷﾞｰ累積
24
SW Trﾀｰﾝｵﾌ時の消費電力１（１）
－ﾌﾟﾘﾄﾞﾗｲﾊﾞｰn-chTrのVdsat導出１－
簡単化して、プリドライバーのｎ- chTrのみの動作を考慮する。
V：　Tr動作領域：飽和  線型　g 0  Vcc 飽和電圧Vdsatを求める。
Vg  at
in  id 


W
Vg  Vt 2  Cd dVd ,   1 
,   Cox
2
dt
L
2 2F

V


2
2


Vg  Vt  dt  
Vg  Vt  dVg
V
t 2
V
2a

Vg 3  Vt 3
Cd Vcc  Vdsat  
6a
Vg 3  Vt
 2 3
Cd Vcc  Vdsat  
Vdsat　 飽和条件Vdsat 
6a

Vdsat

cc
Cd dVd  
t3
1
g3
t
25
SW Trﾀｰﾝｵﾌ時の消費電力１（２）
－ﾌﾟﾘﾄﾞﾗｲﾊﾞｰn-chTrのVdsat導出２－
Vdsatに関する式は、以下の３次方程式になる。
V
3
dsat

6aCd
 
2
Vdsat 
6aCd
 
2
Vcc  0　３次方程式を解いてVdsatは以下の如くになる。
Vdsat   y  z
4 3
4 3
2
q q 
p
q q 
p
3
3
27
27
y 
, z 
2
2
6aCd
6aCd
p  2 , q   2 Vcc
2
 
 
26
SW Trﾀｰﾝｵﾌ時の消費電力２（１）
－ﾌﾟﾘﾄﾞﾗｲﾊﾞｰn-chTrのｹﾞｰﾄとﾄﾞﾚｲﾝ電圧時間変化－
Vt  Vg  Vg 3  Vdsat  Vt  : 飽和領域
Vg  at　 a : 定数（V：ゲート電圧線型変化
）
g

Vg  Vt 2  飽和領域での電流
in 
2
Vg , 0  Vt , Qd , 0  0, Vd , 0  Vcc  初期値
Vg ,l 1  Vg ,l  at　Qd ,l 1  Qd ,l 
in ,l 1  in ,l
t　 SWT ｒゲート放電電荷
2
Vd ,l 1  Vd , 0  Qd ,l 1 / Cd l  0,1,2･･･, ls
27
SW Trﾀｰﾝｵﾌ時の消費電力２（２）
－ﾌﾟﾘﾄﾞﾗｲﾊﾞｰn-chTrのｹﾞｰﾄとﾄﾞﾚｲﾝ電圧時間変化－
Vg 3  Vg  Vcc : 線型領域
 2

in   Vg  Vt Vd  Vd   線型領域での電流
2 

Vg , 0  Vg 3  Vg ,ls 1 , Qd , 0  Qd ,ls 1 , Vd ,0  Vd ,ls 1　 初期値
Vg ,m 1  Vg ,m  at　Qd ,m 1  Qd ,m 
in ,m 1  in ,m
t　 SWT ｒゲート放電電流
2
Vd ,m 1  Vd , 0  Qd ,m 1 / Cd m  0,1,2･･･, ml
28
SW Trﾀｰﾝｵﾌ時の消費電力３（１）
－SWTｒ ON時の回路方程式とSWTr線型領域の電流式－
SWT ｒがON時の回路方程式は以下になる。
didSW,n
L
 VdSW,n  Vi dt
didSW,n 1
  Vi  VdSW,n , n  0,1,2･･･, nl
dt
L
線型領域でのSWT ｒのドレイン電圧VdSWは以下になる。
CoxW
 2 

idSW,n   SW VgSW,n  Vt VdSW,n  VdSW
,


: SWTr
,n 
SW
2
L


2
 2V




V
2
V

V
 gSW,n t  8idSW,n 
1  gSW,n t
 VdSW,n  
 

 
2





SW 


29
SW Trﾀｰﾝｵﾌ時の消費電力３（２）
－SWTr線型領域の消費エネルギー－
ゲート電圧とドレイン電流の初期値
didSW,0
VgSW, 0  Vd , 0  Vcc , idSW, 0  I P  VdSW,0  dt
時間ステップt後のドレイン電流を求める。
idSW ,n 1  idSW,n 
didSW,n
dt
t　, n  0,1,2･･･, nl
VgSW,n（
1  Vd , n）とidSW , n 1からVdSW , n 1を求める。
t後の累積消費エネルギーは、以下になる。
ESWOFF ,n 1  ESWOFF ,n  idSW,n 1VdSW,n 1t　, （ESWOFF ,0  0）
30
SW Trﾀｰﾝｵﾌ時の消費電力３（３）
ーSWTr飽和領域の電流式とドレイン電圧の近似－
VgSW  Vt    VdsatSW  VdSWの
SWTr の飽和領域　ドレイン電流idSWは以下になる。
idSW,m
 SW
VgSW,m  Vt 2 , m  0,1,2･･･, ms

2
初期値idSW, 0はVgSW,m  VgSW,nl 1の場合である。
VgSW,m  VgSW,m 1であるから、idSW,m  idSW,m 1
didSW
　 0 （コイルにかかる起電力が逆転）
dt
 VdSW,m 1  Vo で近似
31
SW Trﾀｰﾝｵﾌ時の消費電力３（4）
ーSWTr線型領域から飽和領域の消費エネルギー－
SWT ｒの線型領域から飽和領域までの
t毎の累積消費エネルギーは以下になる。
ESWOFF , 0  ESWOFF ,nl 1 , ESWOFF ,m 1  ESWOFF ,m  idSW,m 1Vo t　m  0,1,2･･･, ms
SWTr が充分ターンオフするまで累積を取ると、
ESWOFF ,ms 1はターンオフ時の消費エネルギーになる。
この場合の消費電力は以下になる。
ESWOFF ,ms 1
PSWOFF 
T
32
ミラーTr消費電力
一列のLED を流れる電流をI LEDとすると、
ミラーTrのゲート電圧は以下となる。
VgMR 
2I LED
 MR
 I LED  I MR 
 Vt ,  MR
VgMR  Vt 2 ,  MR  CoxW :ミラーTr
2
L
この場合の飽和電圧Vdsatは、以下で表される。
Vdsat 
VgMR  Vt

したがって、ミラーTrの消費電力PMRは、以下となる。
PMR  I LEDVdsat　 PTMR  mI LEDVdsat　（m列のLED ）
33
コイル内部抵抗の消費電力１
（不連続モード）
不連続モードの場合
TON 時SWTr のRONによる消費電力と同様に以下になる。
PCOIL ,ON
R
 COIL
T
TON

0
 IP

 TON
2

1
T
t  dt  RCOIL I P2 D　 D  ON
3
T

TOFF 時
2
 IP

1
Vi
2
PCOIL ,OFF
0 TF TF  t  dt  3 RCOIL I P Vo  Vi D
Tの期間での消費電力は、以下で表される。
1
Vo
PCOIL  PCOIL ,ON  PCOIL ,OFF  RCOIL I P2
D
3
Vo  Vi
RCOIL
　T
TF
34
コイル内部抵抗の消費電力２
（臨界モード）
臨界モードの場合
TON 時SWTr のRONによる消費電力と同様に以下になる。
PCOIL ,ON
RCOIL

T
TON

0
 IP

 TON
2

1
TON
2

t  dt  RCOIL I P D　D 
3
T

TOFF 時
2
 IP

1
2


PCOIL ,OFF
T

t
dt

R
I
COIL P 1  D 
0 TOFF OFF 
3
Tの期間での消費電力は、以下で表される。
1
PCOIL  PCOIL ,ON  PCOIL ,OFF  RCOIL I P2
3
R
 COIL
T
TOFF
35
コイル内部抵抗の消費電力３
（連続モード）
連続モードの場合
TON 時RCOILによる消費電力PCOIL ,ON
2

IP  IB 
1
2
2


PCOIL ,ON
I

t
dt

R
I

I
I

I
D
B
COIL
P
P
B
B
0 

TON 
3
TOFF 時RCOILによる消費電力PCOIL ,OFF
R
 COIL
T
PCOIL ,OFF
TON
RCOIL

T
TOFF

0



2


IP  IB
TOFF  t  dt
I B 
TOFF



1
 RCOIL I P2  I P I B  I B2 1  D 
3
Tの期間での消費電力は、以下で表される。

1
PCOIL  PCOIL ,ON  PCOIL ,OFF  RCOIL I P2  I P I B  I B2
3

36
ダイオードの消費電力
ダイオードの消費電力は、順方向の電圧降下VFを一定
とし、LED全体（m列）を流れる電流をmI LEDとすると、
PD  mI LEDVF
で表される。
上記PDは、各モード（不連続、臨界、連続）でダイオード
を流れる電流にVFを掛け、それを時間積分して得られる結果
と同じになる。
37
効率
全体の効率Tは、以下で表される。
T 
Po
Po

Pin Po  PRON  PGC  PSWOFF  PTMR  PD  PCOIL  PCTL
Pin：入力電力
Po : 出力部の負荷（LED）による消費電力
PRON：SWTr のRONによる消費電力
PGC：SWTr のゲート容量による消費電力
PSWOFF : SWTr のターンオフ時の漏れ電流による消費電力
PTMR : 全ミラーTrによる消費電力
PD：ダイオードによる消費電力
PCOIL：コイルの内部抵抗による消費電力
PCTL : 制御部での消費電力
38
エネルギー効率計算手順概要
• 出力の消費電力算出
– LEDの場合：LEDの数（並列×直列）
• 出力電流×出力電圧＝負荷側（出力）の消費電力
• 臨界モードの周波数算出
– Lの入力⇒fｃｒの算出
• 各特性の周波数依存性の抽出
–
–
–
–
f<fcr:不連続、 f=fcr:臨界、 f>fcr:連続
デューティ比、ﾋﾟｰｸ電流、ﾘｯﾌﾟﾙ電圧
エネルギー損失の抽出
エネルギー効率の計算
39
臨界時の各特性の時間変化
30
1.6
1.4
1.2
20
1.0
15
0.8
0.6
10
idsw (A)
Vg, Vd, Vdsw (V)
25
Vg(V)
Vd(V)
Vdsw(V)
idsw(A)
0.4
5
0.2
0
0.0
0
5
10
15
20
時間（ns）
40
連続時の各特性の時間変化
30
1.6
1.4
1.2
20
1.0
15
0.8
0.6
10
idsw (A)
Vg, Vd, Vdsw (V)
25
Vg(V)
Vd(V)
Vdsw(V)
idsw(A)
0.4
5
0.2
0
0.0
0
5
10
15
20
時間（ns）
41
不連続時の各特性の時間変化
30
1.6
1.4
25
20
1.0
15
0.8
0.6
10
idsw (A)
Vg, Vd, Vdsw (V)
1.2
Vg(V)
Vd(V)
Vdsw(V)
idsw(A)
0.4
5
0.2
0
0.0
5.0
10.0
15.0
0.0
20.0
時間（ns）
42
効率の周波数依存性
効率の周波数依存性　（Vin=7V) ｺｲﾙDE2812C
100%
効率　（％）
90%
効率(1.2)
効率(2)
効率(3.3)
効率(4.7)
効率(6.8)
効率(10)
80%
70%
60%
単位μH
50%
40%
100
1000
10000
周波数　（ｋHz）
43
効率の周波数依存性
効率の周波数依存性（Vin=12V) ｺｲﾙDE2812C
100%
90%
効率　（％）
80%
効率(1.2)
効率(2)
効率(3.3)
効率(4.7)
効率(6.8)
効率(10)
70%
60%
50%
単位μH
40%
30%
100
1000
10000
周波数　（ｋHz)
44
ﾋﾟｰｸ電流/許容電流比の周波数依存性
ﾋﾟｰｸ電流/許容電流比の周波数依存性　(Vin=7V)　ｺｲﾙDE2812C
ﾋﾟｰｸ電流/許容電流比　（％）
450%
400%
350%
電流比(1.2)
電流比(2)
電流比(3.3)
電流比(4.7)
電流比(6.8)
電流比(10)
300%
250%
200%
150%
100%
単位μH
50%
0%
100
1000
10000
周波数　（ｋHz）
45
ﾋﾟｰｸ電流/許容電流比の周波数依存性
ﾋﾟｰｸ電流/許容電流比の周波数依存性　（Vin=12V)　ｺｲﾙDE2812C
450%
ﾋﾟｰｸ電流/許容電流比　（％）
400%
350%
電流比(1.2)
電流比(2)
電流比(3.3)
電流比(4.7)
電流比(6.8)
電流比(10)
300%
250%
200%
150%
100%
単位μH
50%
0%
100
1000
10000
周波数　（ｋHz)
46
ﾋﾟｰｸ電流の周波数依存性
ピーク電流の周波数依存性　(Vin=7V) ｺｲﾙDE2812C
4.5
4.0
ピーク電流　（A）
3.5
ﾋﾟｰｸ電流(1.2)
ﾋﾟｰｸ電流(2)
ﾋﾟｰｸ電流(3.3)
ﾋﾟｰｸ電流(4.7)
ﾋﾟｰｸ電流(6.8)
ﾋﾟｰｸ電流(10)
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
単位μH
0.5
0.0
100
1000
10000
周波数　（ｋHz）
47
ピーク電流の周波数依存性
ピーク電流の周波数依存性　（Vin=12V)　ｺｲﾙDE2812C
4.0
3.5
ピーク電流　（A)
3.0
ﾋﾟｰｸ電流(1.2)
ﾋﾟｰｸ電流(2)
ﾋﾟｰｸ電流(3.3)
ﾋﾟｰｸ電流(4.7)
ﾋﾟｰｸ電流(6.8)
ﾋﾟｰｸ電流(10)
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
単位μH
0.0
100
1000
10000
周波数　（ｋHz)
48
デューティ比の周波数依存性
デューティ比の周波数依存性　（Vin=7V) ｺｲﾙDE2812C
100%
90%
デューティ比　（％）
80%
30%
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(1.2)
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(2)
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(3.3)
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(4.7)
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(6.8)
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(10)
20%
単位μH
70%
60%
50%
40%
10%
0%
100
1000
10000
周波数　（ｋHz）
49
デューティ比の周波数依存性
デューティ比の周波数依存性（Vin=12V)　ｺｲﾙDE2812C
100%
90%
デューティ比　（％）
80%
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(1.2)
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(2)
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(3.3)
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(4.7)
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(6.8)
ﾃﾞｭｰﾃｨ比(10)
70%
60%
50%
40%
30%
20%
単位μH
10%
0%
100
1000
10000
周波数　（ｋHz)
50
リップル電圧の周波数依存性
リップル電圧の周波数依存性　(Vin=7V)　ｺｲﾙDE2812C
3.0
リップル電圧（V)
2.5
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(1.2)
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(2)
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(3.3)
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(4.7)
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(6.8)
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(10)
2.0
1.5
1.0
単位μH
0.5
0.0
100
1000
10000
周波数　（ｋHz）
51
リップル電圧の周波数依存性
リップル電圧の周波数依存性 (Vin=12v) ｺｲﾙDE2812C
3.5
リップル電圧　（V)
3.0
2.5
1.0
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(1.2)
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(2)
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(3.3)
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(4.7)
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(6.8)
ﾘｯﾌﾟﾙ電圧(10)
0.5
単位μH
2.0
1.5
0.0
100
1000
10000
周波数　（ｋHz）
52
SW Tr消費電力の周波数依存性
SW Tr消費電力の周波数依存性　(Vin=7V)　ｺｲﾙDE2812C
2000
SW　Tr消費電力　（mW)
1800
1600
1400
SW
SW
SW
SW
SW
SW
1200
1000
800
600
Tr消費電力(1.2)
Tr消費電力(2)
Tr消費電力(3.3)
Tr消費電力(4.7)
Tr消費電力(6.8)
Tr消費電力(10)
400
単位μH
200
0
100
1000
10000
周波数　（ｋHz）
53
SW Tr消費電力の周波数依存性
SW Tr消費電力の周波数依存性　（Vin=12V)　ｺｲﾙDE2812C
6000
SW Tr消費電力　（mW)
5000
SW
SW
SW
SW
SW
SW
4000
3000
2000
1000
0
100
Tr消費電力(1.2)
Tr消費電力(2)
Tr消費電力(3.3)
Tr消費電力(4.7)
Tr消費電力(6.8)
Tr消費電力(10)
単位μH
1000
10000
周波数　（ｋHz)
54
SW Tr消費電力とRONのゲート幅依存性
160
800
140
700
120
600
100
500
80
400
60
300
40
200
20
100
0
0
0
5
10
15
RON (mΩ ）
消費電力　（ｍW）
SW Tr消費電力とRONのゲート幅依存性（連続f=2MHz） (Vin=7V) DE2812C
Tr(C)消費電力(連続）
Tr（R)消費電力（連続）
Tr off 消費電力（連続）
ﾐﾗｰTr消費電力
ﾀﾞｲｵｰﾄﾞ消費電力（連続）
ｺｲﾙ消費電力（連続）
RON
D Tr GW=1500μ m
20
ゲート幅　（ｃｍ）
55
SW Tr消費電力とRONのｹﾞｰﾄ幅依存性
SW Tr消費電力とRONのゲート幅依存性　（不連続f=2MHz）　(Vin=12V) DE2812C
120
800
700
600
80
500
60
400
300
40
200
20
RON （mΩ ）
消費電力　（ｍW）
100
Tr(C)消費電力(不連続）
Tr（R)消費電力（不連続）
Tr off 消費電力（不連続）
ﾐﾗｰTr消費電力
ﾀﾞｲｵｰﾄﾞ消費電力（不連続）
ｺｲﾙ消費電力（不連続）
RON
100
0
0
0
5
10
15
D Tr GW=1500μ m
20
ゲート幅　（ｃｍ）
56
SW Tr消費電力とRONのｹﾞｰﾄ幅依存性
SW Trの消費電力とRONのゲート幅依存性　(不連続f=2MHz) (Vin=12V) DE2812C
100
800
90
700
600
70
60
500
50
400
40
300
30
200
20
RON （mΩ ）
消費電力　（ｍW）
80
Tr(C)消費電力(不連続）
Tr（R)消費電力（不連続）
Tr off 消費電力（不連続）
ﾐﾗｰTr消費電力
ﾀﾞｲｵｰﾄﾞ消費電力（不連続）
ｺｲﾙ消費電力（不連続）
RON
100
10
0
0
0
5
10
15
20
D Tr GW=3000μ m
25
ゲート幅　（ｃｍ）
57
SW Tr消費電力とRONのｹﾞｰﾄ幅依存性
SW Trの消費電力とRONのゲート幅依存性　(不連続f=1MHz) (Vin=12V) DE2812C
250
800
700
600
500
150
400
100
300
200
50
RON　（mΩ ）
消費電力　（ｍW)
200
Tr(C)消費電力(不連続）
Tr（R)消費電力（不連続）
Tr off 消費電力（不連続）
ﾐﾗｰTr消費電力
ﾀﾞｲｵｰﾄﾞ消費電力（不連続）
ｺｲﾙ消費電力（不連続）
RON
100
0
0
0
5
10
15
20
D Tr GW=3000μ m
25
ゲート幅　（ｃｍ）
58
SW Tr効率とﾁｯﾌﾟ総原価のｹﾞｰﾄ幅依存性
100%
100
99%
90
98%
80
97%
70
96%
60
95%
50
94%
40
93%
30
92%
20
91%
10
90%
0
0
5
10
15
20
チップ総原価　（a.u.）
効率　（％）
SW Trの効率とチップ総原価のゲート幅依存性(不連続ｆ=2MHz)(Vin=12V) DE2812C
ｴﾈﾙｷﾞｰ効率(Tr)（不連続）
ｴﾈﾙｷﾞｰ効率（不連続）
推定ﾁｯﾌﾟ総原価
D Tr GW=3000μ m
25
ゲート幅　（ｃｍ）
59

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