パルススキッピングモードの長所/短所とその回避法：自動車用スイッチング電源設計（3/5 ページ）

スイッチモード電源（SMPS）の多くは、出力を制御するために固定周波数制御によるパルス幅変調（PWM）方式を用いています。PWM方式のSMPSの多くは、「パルススキッピングモード」という動作モードを使用しています。本稿は、パルススキッピングモードとは、どのような状況で使用され、どのような利点や短所があるのかを解説します。さらに、パルススキッピングモードを用いないSMPSを実現する方法も紹介していきます。

[Frank Dehmelt，Application Engineer, Mixed Signal Automotive at Texas Instruments]

具体例2）ドロップアウトモードのパルススキッピングとは

　今度は、同じデバイスを用いて、ドロップアウトモードのパルススキップ動作を見ていきます。

　ドロップアウトモードやトラッキング機能を持つスイッチングコンバータ/コントローラーICは、入力電圧が要求される出力電圧とほぼ同等になると100％のデューティサイクル動作を行おうとします。

　ハイサイドFETを駆動するためには内部電源が必要になり、構成にもよりますが、再充電機能が要求されることもあります。なお、チャージ・ポンプ回路や外部電源を使うことで、真の100％デューティサイクルが達成できます。ただ、一般的には、ブートストラップ構成が使われ、ブートストラップのための容量は、瞬時にFETを切り替えることによって、再充電されます。そのため、ローサイドを短くオンにします。ローサイドFETのオン動作は、数パルスごとに行い、一定のパルスはスキップされます。例に挙げるデバイスでは、4パルスに1回のパルスがブートストラップの再充電に使われています。以下の図はその様子の波形です。スイッチング周波数は600KHzから150KHzに下げられ、入力電圧5.10V、出力電圧4.96V、負荷電流1Aの動作となっています。

【図3】ドロップモード時のパルススキッピング。CH3（水色）=VIN,CH1（黄色）=Vout、CH2（赤色）=PhaseNode。/条件：600kHz,VIN=5.10V,Vout=4.96V,Iout=1A （クリックで拡大）

　再充電のサイクルは、デバイスによります。例に挙げたデバイスは4パルス毎の充電でしたが、8パルスごとにしか充電しないデバイスも存在します。

　図3で見受けられる出力電圧の低下は、一般的にはFETのオン抵抗（RDSON）や再充電中に失った電力によります。誘発される低調波（サブ・ハーモニック）以上に高い懸念事項となります。

　例に挙げたSMPSで使用した外付けFETのR_DS（on）は約60mΩになっています。