DC-DCコントローラー LM5118について

質問

ナショセミの、カーアクセサリ用の昇降圧型DC/DCレギュレータ・コントローラ、LM5118(2008年5月発売）について質問させていただきます。車内（12V車です）で、PCを使うために、20V　3～4Aの電源が欲しく、LM2588やLM3478を使って試作しましたが、いづれもうまく行きませんでした。ナショセミのWeb情報を注意深く見ると、これらのICを推奨してはいませんでした。唯一、LM5118が変換効率も良く、このような用途に推奨されていますが、データーシートは英文（苦手です）のみで、また、Webにも実際に製作された方の情報がありません。電気の知識は趣味でやっている程度ですので、ごく限られています。どなたかLM5118を同じような目的で使われたご経験がある方がいらっしゃったならば、ご助言をお願いします。

回答No.2

takepon256 · ベストアンサー

スイッチング電源は単に部品の常数と配線の接続があっていれば動作するものではありません。
配線のレイアウトが非常に重要になる、とても繊細な回路なのです。

(1)-i)
まず、ブレッドボードをご使用とのことですが、ブレッドボードは接点抵抗が大きく電流を流す回路には向きません。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%AC%E3%83%83%E3%83%89%E3%83%9C%E3%83%BC%E3%83%89

提示いただいたリンク先の基板はエッチングで作成してますね。

ユニバーサル基板上に半田付けして組み立てる際もデータシートの「回路レイアウトのガイドライン」に従って、
瞬間的に大電流が流れる箇所は太く短く配線する必要があります。

また、スイッチ出力している信号は激しくノイズが乗っているためFeedbackやCompの信号を近づけないようにしなければなりません。

(1)-ii)
＞Rfadjを30.1Kから4.7Kに低下すると
スイッチング周波数を500khz⇒1MHz以上に上げたのですね。
FETの入力容量が大きいとスイッチングロスが大きくなって非常に効率が悪くなります。
効率的には周波数が低いほうが良いです。

＞0.5～1Hzの周期で電圧が変動しました。
配線レイアウトが悪いために異常発振しているのだと考えられます。

＞入力117.88Wに対し出力70W　59.3％
これは良く分かりません。。。
WebBenchの効率グラフを拝見しましたが、
入力電圧10V、出力電流3.85％の時の効率は94%となってます。

(2)
こちらはLM3478の設計上の効率が良いので
気にする必要はないでしょう。

お礼

takepon256さん
貴重なご指摘やご助言ありがとうございます。経験したトラブルが、ブレッドボードの接触抵抗や部品配置によるものとは、全く考えませんでした。LM2588とLM3478、双方で、共通に、出力電流（電力）を上げると、設計どおりに動かなくなったり、発振状態になったりした訳で、この状況に共通した問題点があるはずと考えるべきでした。ご指摘を受け、納得いたしております。早速、実験用基板を購入し、また、大電流が流れるところは電流容量の大きな線で短く配線し、さらに、部品配置も、ご助言に従ったレイアウトとして、再度、LM2588あるいはLM3478で、20V3A以上の効率のよいDC-DCコンバーターの完成を目指してみます。重ねてご指摘、ご助言に感謝いたしております。ありがとうございました。

回答No.1

takepon256

＞LM2588やLM3478を使って試作しましたが、

えーと・・・どう上手く行かなかったのでしょうか？
うまく行かなかった時の現象を教えてください。

原因を分析しないと同じ轍を踏んでしまいますよ。
（半田付けが悪いとか、GNDが細すぎたとか、センシティブな箇所にノイズが乗ったとか）

＞ナショセミのWeb情報を注意深く見ると、これらのICを推奨してはいませんでした。
＞LM5118が変換効率も良く、このような用途に推奨されていますが

具体的にどんな記述ですか？
12V⇒20Vであれば入力電圧も、デューティ比も無理とは思えないのですが・・・。

まさかとは思いますが、「automotive applications」と記載されていたからとか？？
そうだとしたら単にICの出荷試験を厳しくしているとか、温度範囲が広いと言う意味合いしかないので、
個人用途にはあまり関係のない情報です。
情報の少ないICを無理に使う必要はありません。

補足

takepon256さん。　ご意見ありがとうございます。13日にご意見をいただきながら、当方からのコメントがこの様に遅れてしまい申し訳ありませんでした。　ご指摘の点、回答させていただきます。
(1) LM2588とLM3488でうまく行かなかった状況（いづれもブレッドボード上での試作です）
i)LM2588（回路は、http://www.geocities.jp/ngc4826/electronics/power/dcdc_up/dcdcup.html
を参照いたしました）
負荷が20V　1A程度（セメント抵抗　20Ω）までは、問題がありません。しかし、2A程度になると電圧17～18Vに低下します。ナショセミの代理店に問い合わせたところ、「2A以上の仕様では、LM3478を」とのことでした。
ii)LM3478（回路はhttp://webench.national.com/webench5/power/webench5.cgi?VinMin=10&VinMax=13&O1V=20&O1I=3.5&op_TA=30を参照しました）
0.4～1A程度までは、確かに20Vまで昇圧できました。しかし、出力電流を2Aまで上げると、やはりLM3488でも電圧が15～17Vまでしか上がりません。外付けの抵抗やコンデンサーをやみくもにいじりまわしたところ、回路図中のRfadjを30.1Kから4.7Kに低下すると出圧は20Vまで上昇し3Aをぎりぎり流せますが、入力電流が8A（12.6V）も流れます。時々、0.5～1Hzの周期で電圧が変動しました。変換効率（ナショセミのスペック上のEfficiencyでは90％台なのですが）を電力で概算すると（60W÷100.8W）X100＝59.5%と悪いものでした。これは、ナショセミが開示しているデータ（入力117.88Wに対し出力70W　59.3％　←ナショセミのHPのどこにあったか、現時点で戻れません）と一致し、車内での使用としては、電流が大きすぎLM3478では無理と判断しました。勿論、リップルはひどく、MOSやコイルの発熱も大きいものでした。
なお、双方の試作とも、MOSはH7N0308CFをショットキーはF5KQ40が手元にあったので使用しました。
(2) LM5118を推奨する具体的な記述
http://www.national.com/analog/powerのWEBENCH Designerに、出力電圧　20V　5Aを入力すると、LM5118が推奨されます。また、その電力としての変換効率は、89％（入力67.3W　出力60W　3A出力時←これも、ナショセミのHPのどこにあったか、現時点で戻れません）と良く、車内での使用に好都合と考えました。その他、ナショセミのプレスリリース（http://www.national.com/JPN/news/item/0,4140,716,00.html）などを見ても、今回の目的に合致すると判断しました。

私としても、素人ではLM5118は入手が困難なようで、LM3478でうまく動作してくれるのが最善です。今回、OKWaveに質問させていただくに当たり、コメントを頂いた場合、私宛のメールが来るように設定しました。しかし、それがうまく機能せず、このコメントが遅れてしまいましたことを、重ねてお詫びいたします。引き続き、ご助言、ご指導下さいますようお願いいたします。