最近は良く、DC/DCコンバータを使用する機会が増えてきました。
これは、電池駆動のセットが席巻しているせいでしょう。
私も、DC/DC特に昇圧コンバータを良く使います。
外付け部品の数も少なく、各メーカ共一見使い易そうな感じがするのですが、さに非ずで、想定している負荷電流が流れている場合は良いのですが軽負荷、特に無負荷に近い場合動作が不安定になる事が多いのです。
皆さんは、この様な経験をお持ちでは無いでしょうか。
この対策が結構大変なのです。
私の設計技量が脆弱な為ですが、良い方法が有ったらご教授下さい。

nipochiさん
いい質問ですね。
＜軽負荷時PFMモードで動作して可聴帯でコイルが鳴く現象で苦労しています。＞
PFMで動作している場合、軽負荷時にはスイッチング周波数が落ちているのでオシロスコープなどを利用すると「音が鳴っているかもしれない」と予想することができると思います。コンデンサから音がする場合もありますので気をつけてください。
20Hzから20kHzの範囲がポイントだと思います。低負荷時なので電流も少なく鳴きはあまりないと思いますが、
スイッチングレギュレータで位相補償の調整がうまくいかず、低調波発振してしまい「ピー」という音が聞こえることは昔よく経験しました。
もし「鳴き」が見つかった場合は最低負荷電流などを作って20kHz以下でスイッチングしないようにする。とか、位相補償や出力コンデンサ、インダクタを調整するなどの周辺部品で対策をする。低負荷時強制PWMで動作させるなどの対策があります。FAEにコンタクトするなどして適当なサポートを得てください。

ステップダウンDC/DCコンバーターで、PWM/PFM切替型のICを使用し、軽負荷時PFMモードに遷移しドライブ周波数が可聴帯に落ちコイルが鳴く現象で苦労しています。
発振周波数が10kHz以上のため年齢的に聴感での実験が出来ず困ります。

Shobuさん、こんにちは。はじめまして。

SCATのご紹介ありがとうございます。電源系のシミュレーションではSIMETRIXに並んで、有名なシミュレータですよね。なお電源回路は専門ではございませんので「耳どしま…お、自分のXPのIMEでは変換できません…耳年増」なもので間違いありましたらお許しください^^;。

通常のSPICEシミュレータですと小信号AC解析とトランジェント解析は別モノになっていますが、SCATやSIMETRIXはトランジェント解析上でAC解析ができるイメージだと聞いております。電源設計には便利なシミュレータなようですね。専門の方からのコメントいただければと思います。

それとアナログ・デバイセズでもADIsimPowerというオンラインツールを用意しております。こちらも是非ご活用いただければとおもいます（電源太郎さんあたりからコメント・ご紹介があるとうれしいなあ…とつぶやいてみる^_^）

SCATという電源回路のシュミレーションソフトが有ります。
現物のカットアンドトライの前に、試してみては如何でしょ。

無料ダウンロード：
https://secure.atw.ne.jp/~keisoku/soft/index.php?ac=SCAT K492PR1&cate=demo

HKOBさん、こんにちは！ADuM5000での改善事例についてご紹介いただきましてありがとうございます。

折角ですので、製品ページをご紹介します。
ADUM5000: 絶縁DC/DCコンバータ
ADuM50001はアナログ・デバイスのiCoupler®技術を基にして作られたDC/DCコンバータです。このデバイスの提供するDC/DCコンバータは、安定化された絶縁電圧を提供します。
http://www.analog.com/jp/interface/digital-isolators/adum5000/products/product.html

出力回路を変更され、無事に動作するようになったとのこと、よかったです(^_^)。

> 電源（に限らずすべての電子回路）は奥が深いですね～

ホントにそう思います。別の発振条件のスレッドなども奥深さ満タンですしね！前にソフトウェア出身のデジタル回路技術者が言っていましたが、「アナログ回路は覚えることが多くて…」ということでした。逆にいえば今はここが差別化要因になるのではないかと思います。

引き続き弊社製品＆このBBSをよろしくお願いいたします！


PS このスレッドは「閲覧数トップ」のスレッドなんですね…

数日前、アナデバさんの isolated DC/DC ADuM5000で以下のような経験をしました。
ADuM5000のVdd1入力に＋３．３Ｖを供給し、出力Visoから＋３．３Ｖを得るという使い方をしていましたが、入力側をすばやくON/OFFすると、出力が＋４Ｖになったり、あるいは０Ｖになったりするのです。
これは出力に接続した10uFのコンデンサが原因でした。
入力をOFFしたとき、このコンデンサが放電しきらないうちに再び入力をONするとそうなるようなので、出力に５１０Ωのダミー抵抗を付加して事なきを得ました。
電源（に限らずすべての電子回路）は奥が深いですね～
ご参考まで。

こちらは「その他」から「パワーマネジメント」に修正いたしました

enzakaさん、

こんにちは。

> 定格負荷から完全な無負荷に急変した場合

本当に電源は奥深いなあと思いました。負荷が無くなった瞬間に出力コンデンサが充電されている状態かつ内部抵抗による電圧降下もなくなりますから、おっしゃるようにこの過渡的な瞬間には（片方向しか電流が流れないので）ループが切れてしまうんでしょうね。

これこそ電源のダイナミックな動作といえるのだと、書き込みを拝見して思いました。


ところで、NI Multisimでは「スイッチ」の部品が用意されておりまして、キーボードから制御できます。他の書き込みでもNI Multisimの件を書いていますが、これでスイッチング電源の動作を模倣して、いろいろ安定度なども含めて（キーボードを叩いて無負荷状態にして）シミュレーションしてみるとおもしろそうですね。

自分の以下の書き込みのNF回路設計ブロックの資料も入手し、読んでみました。参考になりますねー！＋測定器としてもすばらしいですねー！。いつまでたってっも、「是、日々勉強…」というところでしょうか。

　バックコンバータのループ特性についてFRAで実測したデータとSIMetrix/SIMPLISを使ったシミュレーション結果でトランジスタ技術2007年9月号P181～p196に紹介しましたので興味のあるかたはご覧ください。
　ただ非常に軽負荷時についての動作は当てはまらないかもしれません。もともとレギュレータは片方向にしか電流を流せないため、定格負荷から完全な無負荷に急変した場合、線形なループ特性の動作から外れてしまい、FRA等で計測したループ特性が当てはまらない可能性があります。
　ダミー抵抗を付加して完全な無負状態にならないようにするのが簡単ですが低消費電力にしたいという目的から外れてしまい悩ましいところです。

弊社のサイトの情報ではありませんが、電源の帰還ループの周波数特性を測定する件について、資料を少しご紹介します。

1) NF回路設計ブロック技術資料　「周波数特性分析器によるスイッチング電源の安定性評価」　WEBからの資料請求で入手可能

2) EDN Japan 2009年4月号 p.53-　「電源制御ループの周波数特性を測る」

基本的に測定に用いる計測器が異なるだけで、基本的考え方は、どちらも同じ（なはず）です。1)は私の以下の投稿にもあるFRAを用いた測定の件で、私はこれから入手予定です。

これ以外に、確かトランジスタ技術か書籍で測定について紹介してあるものを見た記憶があるのですが…。どなたかご存知ですか？

もし、スイッチング電源のACシュミレーションをするなら、Simetrix/Simplisが使いやすいと思います。簡易版は無料でダウンロードできますし、CQ出版の解説書には、回路図例もあります。回路図は電圧モードのDCDCです。DCM／CCM動作のときの違いや負荷抵抗を可変させた際の、Q値による位相マージンの変化などがわかると思います。伝達関数を計算したのであわせてのせておきます。手書きでかなり汚いですが、参考になればと思います。

FRAを使えば確実な計測ができますが、より簡便に判定する方法としては「ステップ応答」が使えると思います。別の記事（AN舞台裏）でも説明しようと思っていましたが、ここでも少し…。

DC-DCを動作させ、負荷を軽負荷状態の区間で切り替えます。そうすると（負荷変動というステップ外乱により）電圧波形が過渡応答します。このときの電圧波形のオーバシュート、振動の継続のようすを見ます。同じように伝達関数の異なる重（定格）負荷時の区間でも測定します。それぞれの応答をみると、DC-DCの位相余裕が大体判断できるはずです。

電圧だと同じ電圧に収束してしまいますので、電流を見るとよいかもしれません。

たしか40%(???)のオーバシュートで60°の位相余裕があると判断できるといえるはずです。

この位相余裕度とオーバシュートの関係は何かの記事で見た記憶があります。詳細に検討したわけではありませんが、これはs平面で極の位置から、位相余裕度と
オーバシュートの関係が求められるのではないかと思います（思います…です。極とゼロが複雑に入った場合もどうなるのだろうか？？）

上記の自分の意見の心もとない部分、さらに容量負荷の場合の測定などの辺は、より電源や帰還系が専門な皆様からのコメントを頂戴したいと思います。

たしかにFRAを使うと的確に評価できますね。

同様な測定方法だと思いますが、数号前のEDN（日本のもの）ではオシロを使った位相余裕度の測定方法を紹介した記事がありました。

私は電源は専門ではありませんが（汗）、軽負荷時と重（定格）負荷時で伝達関数が異なるのは、軽負荷時にコイルに流れる電流が不連続モード(Discontinuous Current Mode; DCM)になり、重（定格）負荷時に連続モード(Continuous Current Mode; CCM)になり、それぞれ特性をモデル化すると、同じコイルでありながら（動作が非線形であるためでしょう）、モデルが異なるということのようですね。

この問題には最近アナログ・デバイセズで商品化が始まり、ラインナップも充実しつつある「デジタル電源」、

http://www.analog.com/jp/power-management/digital-power-management/products/index.html


が利用できると思います。自動的にDCMとCCMをチップが判定して、適切なループフィルタ伝達関数を実現するものです。DSP設計をせずに（というより不要）実現可能で、スペックを入れるとパラメータ設定してくれるツールも充実してくるようです。

karukan さん

昨年のあるセミナーで作成した資料を添付します．DCDCコンバータの出力からエラーアンプに至るまでの間に，図の様に接続します．実際の接続回路は抵抗一本による簡単な回路です．

で，測ったのが添付資料2です．これはある教材に作ったDCDCコンバータのボーデ線図です．GAIN＝0ｄBが300Hzで，その時の位相余裕は90°を超えていますので極めて安定です．

ですが，もう少しエラーアンプのゲインを上げると不安定になる事もこの図がから読み取れます．それは1.8ｋHz付近の小山の存在です．これが0dBの水面より顔を出すと確実に発振します．

ボーデ線図は周波数ドメインの図です．でも0dBの周波数と位相余裕から，タイムドメインの過渡応答の振舞は簡単に予想する事が出来ます．

ボーデは人の名前です．日本ではボード線図と呼ばれてきましたが，これは間違いです．

はじめて投稿致します、よろしくお願いします。
FRA、早速確認しました。便利な測定器があるのですね。

http://www.nfcorp.co.jp/pro/mi/fra/fra5087_97/technical.html

素人質問で恐縮なのですが、ターゲットがDC-DCコンバータのモジュールだとして、実際に調整する際はどういった風に行うのでしょうか？

後、周波数特性に加えて過渡応答特性も計れたりするのでしょうか？

触ってみたことが無いもので…。
差し支えなければ御教授頂けますと幸いです。

DCDCコンバータは軽負荷時に不安定になることが多いです．定格負荷時と軽負荷時ではコンバータ部の伝達関数が違うからですね．

一番の解決方法は，NF回路設計ブロック社のFRAという計測器を使ってループゲインを測定し，ボーデ線図を評価して適正な位相補正回路を構築する事です．

無い場合は，どうしてもカット＆トライになり，たとえ安定に持ち込んでも，どの程度安定に余裕があるのか，やはり不安要素は残りますね．