TPS54A24 100% Duty Cycle Operationについて

[maida参加者]

TPS54A24 100% Duty Cycle Operationについて

デバイス型番：TPS54A24

　TPS54A24の100% Duty Cycle Operationについての質問です。
　降圧コンバータのTPS54A24で、VINの電圧をVOUTの近くまで
下げていくと、100% Duty Cycle Operationで動作すると思っております。

　TPS54A24のデータシートの7.3.13項に、100% Duty Cycle Operationで
動作するとき、BOOT-SW間のBOOT capacitorの電圧が2.2Vまで下がると、
BOOT capacitorを再充電すると、記載されております。
　データシートに記載されている内容から、100% Duty Cycle Operationの
とき、BOOT-SW間のBOOT capacitorは放電と充電を繰り返すイメージで
合ってますでしょうか？
　また、BOOT capacitorが2.2V近くまで放電すると、high-side MOSFETの
On抵抗が増え、電源ICの損失が増えませんでしょうか？

　TPS54A24で例えばVOUTを12V、ENpinをopenに設定した場合、
入力電圧を下げてゆくとUVLOを検出するまでTPS54A24は動作すると思いますが、
入力電圧が12VからUVLO検出するまでの間TPS54A24はどのような
動作になりますでしょうか？100% Duty Cycle Operationとなりますでしょうか？
　VIN ＜ VOUTとなったときTPS54A24が故障する恐れはないでしょうか？

[Polnaref従業員]

maida様

お問い合わせ頂きましてありがとう御座います。

【御質問】
データシートに記載されている内容から、100% Duty Cycle Operationの
とき、BOOT-SW間のBOOT capacitorは放電と充電を繰り返すイメージで
合ってますでしょうか？

【回答】
High側FETのOff時間が200nsec未満となる条件下にてBOOT capacitorの電圧が2.2V以上の場合に100% Duty Operationとなります。
BOOT capacitorの電圧が2.2Vをしたいと思います問い合わせ頂きましてありがとう御座います。

【御質問】
データシートに記載されている内容から、100% Duty Cycle Operationの
とき、BOOT-SW間のBOOT capacitorは放電と充電を繰り返すイメージで
合ってますでしょうか？
【回答】
御認識の通りです。
High側FETのOff時間が200nsec未満となる条件下にてCboot(BOOT capacitor)の電圧が2.2V以上の場合に100% Duty Operationとなります。
但しCbootの電圧は徐々に低下するため、電圧のリフレッシュ(再充電)が必要となります。
Cbootへの再充電にはLow側FETのON動作が必須のため、永続的な100% Dutyにはなりません。

【御質問】
また、BOOT capacitorが2.2V近くまで放電すると、high-side MOSFETの
On抵抗が増え、電源ICの損失が増えませんでしょうか？
【回答】
具体的なデータが無いため、数値を提示することはできませんが、Cbootの電圧が低下した際には内部FETのRonは上昇するため、効率は低下致します。

【御質問】
入力電圧が12VからUVLO検出するまでの間TPS54A24はどのような
動作になりますでしょうか？100% Duty Cycle Operationとなりますでしょうか？
【回答】
Vin=12V,Vout=5Vを条件にシミュレーションを走らせた結果をお知らせいたします。
(※TINA-TIを使用。負荷は抵抗負荷となります。)
Vin=5.33Vまで低下したところで100%-Duty動作に移行いたします。
しかしその後、直ぐにVin≒Voutとなり、Vinの低下に伴いVoutも低下致します。
Vin=4.29VでUVLOが作動しPGがLowとなります。

【御質問】
VIN ＜ VOUTとなったときTPS54A24が故障する恐れはないでしょうか？
【回答】
Coutに電荷が十分にある状態でVinが急峻に低下した場合、Coutの電荷がHigh側FETのボディーダイオードを導通し、発熱により破損する可能性が御座います。
従いましてENピンはOpenではなく、抵抗によりENの閾値をVoutより高い電位に設定することをお勧め致します。

御参考になれば幸で御座います。
Polnaref

[maida参加者]

ご回答ありがとうございました。
　TPS54A24以外の降圧コンバータでも、
Coutに電荷が十分にある状態でVinが急峻に低下した場合に、
Coutの電荷がHigh側FETのボディーダイオードを導通し、
発熱により破損することを防ぐため、
抵抗によりENの閾値をVoutより高い電位に設定した方が宜しいでしょうか？

[maida参加者]

　抵抗によりENの閾値をVoutより高い電位に設定しても、
Coutに電荷が十分にある状態でVinが急峻に低下した場合に、
Coutの電荷がHigh側FETのボディーダイオードを導通することを
防げないのではないでしょうか？

[Polnaref従業員]

maida様

【御質問】
TPS54A24以外の降圧コンバータでも、、、抵抗によりENの閾値をVoutより高い電位に設定した方が宜しいでしょうか？
【回答】
セオリーとしてそのようにお使い頂くことをお勧め致します。

【御質問】
Coutに電荷が十分にある状態でVinが急峻に低下した場合に、Coutの電荷がHigh側FETのボディーダイオードを導通することを防げないのではないでしょうか？
【回答】
IC単体では防げません。
例えば動作中にVin-GND間短絡が発生し得る状況、つまりCinの電荷さえ0にするほどの引き込みであれば対策は必須と考えます。
Vinが短絡ではなくOpen(断線等)による停止であれば、低下の速度は緩やかなので対策は不要と思われます。

Polnaref

• この返信は3 年、 7 ヶ月前に  Polnaref さんが編集しました。
• この返信は3 年、 7 ヶ月前に  Polnaref さんが編集しました。

[maida参加者]

ご回答ありがとうございました。
設計時に参考にさせて頂きます。

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