コールドクランク状態にある自動車のブースト回路としての電流モードコントローラMAX15005の使い方

2009年06月11日

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要約

このリファレンスデザインはコールドクランク時に電源電圧を維持するための電源ブースト回路として自動車電源コントローラMAX15005を使用する方法を紹介します。

はじめに

車のエンジンが凍るような寒さの中に長時間さらされるとエンジンオイルの粘性が高まり、バッテリの内部抵抗も通常の値より高くなります。そのような時にエンジンを始動すると、スタータモータが必要なトルクを発生するためにバッテリからより多くの電流が流れます。この高い電流値と高抵抗のために、バッテリ電圧は2.5Vまで下がります。これは車の世界ではコールドクランク状態としてよく知られています。

MAX15005は4.5Vから40Vで動作する電流モードのコントローラです。このデバイスはコールドクランク状態およびロードダンプ時に対応することができます。MAX15005は電源投入後、電圧が2.5Vまで下がっても動作するため、バッテリ電圧の更なる低下に対応できます。

このリファレンスデザインは車両でのコールドクランクに対するソリューションを示し、回路図、部品表(BOM)、効率の測定、およびテスト結果を提供します。

仕様と設計セットアップ

設計仕様：

入力電圧：2.5V～18V
出力電圧：12V
出力電流：1A
出力リップル：±0.6V
入力リップル：±15mV
効率：コールドクランク時75%、通常動作時> 90%
スイッチング周波数：200kHz

上記仕様での回路図を図1に示します。

Figure 1. Schematic of the MAX15005B boost converter for FSW = 200kHz.
図1. F_SW = 200kHzでのブーストコンバータMAX15005Bの回路図

このリファレンスデザインのBOMを表1に示します。

表1. 部品表

Designator	Value	Description	Part	Footprint	Manufacturer	Quantity
C1	10µF/25V	Capacitor	GRM32DR71E106KA12L	1210	Murata®	1
C2	1µF/25V	Capacitor	GRM219R71E105KA88D	805	Murata	1
C3	10µF/25V	Capacitor	GRM32DR71E106KA12L	1210	Murata	1
C4, C6	1µF/16V	Capacitor	GRM188R71C105KA12D	603	Murata	2
C5	150pF	Capacitor	GRM1885C1H151JA01D	603	Murata	1
C7	100pF	Capacitor	GRM1885C1H101JA01D	603	Murata	1
C8, C9	330pF	Capacitor	GRM1885C1H331JA01D	603	Murata	2
C10	10nF	Capacitor	GRM188R71H103KA01D	603	Murata	1
C11	0.1µF	Capacitor	GRM188R71H104KA93D	603	Murata	1
D1	30V/500mA Schottky	Schottky diode	MBR0530T1	SOD123	On Semiconductor®	1
D2	30V/500mA Schottky	Schottky diode	MBR0530T1	SOD123	On Semiconductor	1
D3	40V/2A Schottky	Default diode	B240	SMB	Diodes Incorporated	1
L	10µH	Inductor	IHLP-4040DZER100M01	IHLP-4040EZ	Vishay®	1
Q	30V, 17A n-channel MOSFET	n-channel MOSFET	SI7386DP	Power PAKSO-8	Vishay	1
R1	61.9K	Resistor	SMD 1% Resistor	603	Vishay	1
R2, R12	100K	Resistor	SMD 1% Resistor	603	Vishay	2
R3	604Ω	Resistor	SMD 1% Resistor	603	Vishay	1
R4	4.7	Resistor	SMD 1% Resistor	603	Vishay	1
R5	17.8K	Resistor	SMD 1% Resistor	603	Vishay	1
R6	100	Resistor	SMD 1% Resistor	603	Vishay	1
R7, R8	0.07Ω/1W	Resistor	LRCLR2010LF01R070J	2010	IRC	2
R9	20K	Resistor	SMD 1% Resistor	603	Vishay	1
R10	137K	Resistor	SMD 1% Resistor	603	Vishay	1
R11	15.6K	Resistor	SMD 1% Resistor	603	Vishay	1
R13	10.5K	Resistor	SMD 1% Resistor	603	Vishay	1
U1	4.5V to 40V input, automotive flyback/boost/SEPIC, power-supply controller	PWM controller	MAX15005BAUE+	TSSOP-16	Maxim	1

性能データ

効率対負荷電流の結果を示したものを図2に示します。入力電圧をテストパラメーターとします。

Figure 2, Load current vs. converter efficiency.
図2. 負荷電流対コンバータの効率

コンバータ出力電圧と負荷電流はV_IN = 2.5V、V_IN = 11Vに対してそれぞれ図3と図4に示します。

Figure 3. Converter output voltage and load current with VIN = 2.5V. CH1: output voltage; CH2: MOSFET gate voltage; CH3: output current.
図3. V_IN = 2.5Vのときのコンバータ出力電圧と負荷電流
CH1：出力電圧、CH2：MOSFETゲート電圧、CH3：出力電流

Figure 4. Converter output voltage and load current with VIN = 11V. CH1: output voltage; CH2: MOSFET gate voltage; CH3: output current.
図4. V_IN = 11Vのときのコンバータ出力電圧と負荷電流
CH1：出力電圧、CH2：MOSFETゲート電圧、CH3：出力電流