自作カーブトレーサ[UDAS-01] その3 / DC-DC 特性の測定

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UDAS-01 は汎用カーブトレーサという位置づけです。メイン基板にプラグイン基板を接続することで、いろいろなデバイスの特性を測定できるように設計しています。

V-I コンバータ基板を作って、いくつかの昇圧型 DC-DC コンバータの負荷特性を測定してみました。以下にグラフを示します(Vin = 2.0V, Vout = 3.3V)。

(以下のグラフでは配線抵抗の影響があります。)

  • MAX879

MAX879 は MAXIM の古いワンチップ DC-DC コンバータです。一時期秋月電子で扱いがあったので、割とポピュラな IC だと思います。リチウムイオン電池の利用を念頭に置いた設計で、Vin > Vout でリニア動作をする特徴があります。一方バイポーラ Tr による同期整流など、設計が古いため効率はあまり良くありません。

ロードは 0.5A まで取れるようにしていますが、回路定数の都合上 Iout<20mA と >20mA でセンス抵抗を切り替えています。このためグラフ上ギャップがみられます。

  • BL8530-331

BL8530 は上海 Belling 社の PFM/PWM DC-DC コンバータです。同社ウェブページからは削除されてしまいましたが、実のところ TOREX 社 XC6372A の相当品のようです。データシートを見る限りオリジナルよりスペックが高いようですが…。私はこの IC を気に入っていて、3V 版をよく使用しています。グラフを見るとηがぎざぎざしていますが、負荷によって内部動作を切り替えているのかもしれません。

  • HT7733A

HT7733A は台湾 HOLTEK 社の PFM/PWM DC-DC コンバータです。秋月で手軽に手に入る (@¥40) のでこれも良く使用しますが、個人的には効率や安定性がもう一歩という印象です。グラフを見ると、高出力時になると効率は下がってしまうようです。電流容量の小さいノンA版も aitendo で購入できます。

  • 比較

上図は、とりあえず手元にあった上記 3 種を同一グラフにプロットたものです。高負荷時に MAX879 の効率が最も良くなっているのは同期整流のおかげでしょう。最近の MOSFET による同期整流の IC では 90% 以上の効率を期待できるので、そのうち比較したいと思っています。

  • MAX232 系

MAX232 に代表される RS-232C トランシーバ IC には正負電源のチャージポンプが内蔵されており、これを OPAMP の電源として使用できないかという試みは以前からなされています。しかし、このチャージポンプの特性図はほとんどの IC のデータシートで省略されており、確認するためには実測するしかありません。

max232i

上図は TI 社 MAX232I の出力特性です。- 側は無負荷で、+ 側を 20mA まで引いてみましたが、一般的な非安定チャージポンプの特性を示します。また、出力インピーダンスは Zout ~ 100 ohm と読めます。

sp232aep

同じ 232 の型番でも、メーカによって内部回路は異なります。上図は Sipex 社 SP232AEP の出力特性です。MAX232 との違いは一目瞭然で、SP232AEP では Iout<6mA で出力電圧がほぼ一定なので、安定化チャージポンプ回路となっているようです。また出力容量が小さく、Iout>6mA でシャットダウンされていることがわかります。これは容量不足ではなく、内蔵された過電流防止回路によるものと思います。

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