NJM2360で昇圧回路を作成するための備忘録

この資料の目的

 この資料は新日本無線様で販売している「NJM2360」を利用して、昇圧回路を作るために試行錯誤した記録です。忘れないように資料として残すためブログ記事としてアップしたいと思います。
 この資料を作る際に新日本無線様提供の「NJM2360/60A の応用」というPDFファイルを参考にしました。
http://www.njr.co.jp/products/semicon/PDF/application_notes/NJM2360_A_APP_J.pdf
 また、計算が煩雑になるためEXCELファイルも用意いたしました。こちらを利用すれば手計算することなく、求めたい抵抗などの値を算出することができます。こちらもご利用ください。
NJM2360パラメータ計算シート
 この資料では回路図などの画像を貼り付けますが、そちらは「NJM2360/60A の応用」から転載および加工したものです。ご了承いただければ幸いです。

想定する読者

  • ブレッドボードで簡単な回路を作成したことのある方
  • NJM2360を利用しようとして「NJM2360/60A の応用」を斜め読みした方
  • NJM2360を利用して大きい電力を必要とする昇圧回路を作りたい方

NJM2360とは

 新日本無線様のデータシートから引用すると、

NJM2360 は,DC/DC 変換用スイッチング電源IC です。大容量の出力スイッチを内蔵しており,1.5A のスイッチング動作が可能です。外付け素子は少なく,ステップアップ,ステップダウン,インバータ等のアプリケーションが容易に実現できます。また,外部抵抗を付けることにより出力電流制限も可能です。

ということで、昇圧回路や降圧回路を作ることができる優れものです。
 この資料はこちらを利用して、昇圧回路を作って見たいと思います。

昇圧回路の設計

 それでは実際にNJM2360を利用して昇圧を作成してみたいと思います。
 今回、昇圧回路ということで、前述の「NJM2360/60A の応用」を見てみると、32ページと38ページに昇圧回路の例が書いてあります。今回は、少し大きめの電流を流すため、38ページの大電力編を利用したいと思います。
 まず、今回作成する昇圧回路の設計条件を以下に記します。

入力電圧 6.55V
出力電圧 9.6V
出力電流 2000mA
出力リップル電圧 100mA
想定効率 70%
周囲温度 25℃

 回路図は以下のようになります(「NJM2360/60A の応用」より転載及び加工)。

 上記の回路図でRscなどの値を求めていくことになります。

「NJM2360/60A の応用」の38ページ以降に計算の方法が書いてありますが、計算は面倒ですし、手計算して間違えたらいやなので、Excelシートを用意しました。以下からダウンロードしてください。
NJM2360パラメータ計算シート
 こちらをもとにそれぞれ、入れていきます。

設計条件(「NJM2360/60A の応用」38ページ)

 Excelを開くと、以下のような画面が開かれると思います。

 ここに、先ほど提示した設計条件を入力してみましょう。上図の赤線で囲まれた部分に提示した数値を入力していきます。
改めて提示すると、以下の値を入力します(単位は入力不要です)。

入力電圧 6.55V
出力電圧 9.6V
出力電流 2000mA
出力リップル電圧 100mA

 基本的に、Excelにはこのように、罫線で囲まれている部分に値を入力していくことになります。

発振周波数の決定(「NJM2360/60A の応用」38ページ)

 次に発振周波数とタイミングキャパシタを決定します。
 Excelの「発振周波数対タイミングキャパシタ特性例」シートを表示します。

 上図を見て判断しますが、これはあくまで入力電圧が5Vの場合の例で、今回は6.55Vであるので上記特性例を利用するのは適切ではありませんが、データシートには入力電圧が5Vの場合しかないので、このまま進めます。
 タイミングキャパシタは選択しやすい330pFを選ぶのが普通のようなので上図の330pFのところ(赤線部)をたどっていくと、発振周波数は72kHzであることがわかります。この2つをExcelシートに入力していきます。

タイミングキャパシタ 330pF
発振周波数 72kHz

 特別な用途がない限りタイミングキャパシタは330pFで十分だと思いますので、こちらについてはデフォルトの値を埋め込んでいますので、改めて入力する必要はありません。

スイッチON/OFF時間の決定(「NJM2360/60A の応用」38ページ)

 次にスイッチON/OFF時間を決定します。
 Excelの「スイッチON OFFタイミングキャパシタ特性例」シートを表示します。
 先ほどタイミングキャパシタを330pFに設定したので、以下の赤線部をたどっていきます。

 これによって、スイッチON/OFF時間は以下のようになります。

スイッチON時間 9.4μs
スイッチOFF時間 4.0μs

外付けトランジスタの仕様(「NJM2360/60A の応用」40ページ)

 ここでは選定したトランジスタのデータシートを見ながら入力していきます。
 トランジスタの選定条件について、私は以下の基準で選定いたしました。

  • 昇圧回路の消費電力に耐えられるか
  • コレクタエミッタ間飽和電圧が低いもの(電力損失をなるべく少なくするため)
  • 最大で流せるコレクタ電流がピーク電流(この後計算します)より大きい値か

 ピーク電流はPDFファイルでは先に求めていますが、ピーク電流はトランジスタの飽和電圧の最大値に依存するので、トランジスタを決めてしまわないと求めることができません。
 そこで、一度トランジスタを決めてしまって、ピーク電流でトランジスタが壊れないかチェックするか、トランジスタの前に配置されるインダクタンスの値を大きくすることでピーク電流が小さくなりますので、それで対応します。この相互関係は以下の図のようになります。

 ただ、コイルは部品自体も大きいですし、Lが大きいと一般的に部品も大きくなりがちですので、できればLを小さくしてコレクタ電流が大きくても問題ないものを選びたいものです。

 今回、「2SC4511」と「2SC3851A」と迷いました。それぞれのデータシートを以下に示します。
[2SC4511]

出典/http://akizukidenshi.com/download/ds/sanken/2sc4511_ds_jp.pdf

[2SC3851A]

出典/https://www.semicon.sanken-ele.co.jp/sk_content/2sc3851_ds_jp.pdf

 それぞれの違いを表にまとめたものが以下のようになります。いずれかを入力してみてください。

2SC4511 2SC3851A
最大消費電力 30W 25W
電流増幅率の最小値 50 40
コレクタ電流の最大値 6A 4A
飽和電圧の最大値 0.5V 0.5V

 私はコレクタ電流の最大値が大きい「2SC4511」を選びました。値段も「2SC4511」はOランクで1個70円、「2SC3851A」は50円(双方、秋月電子通商様で確認)で値段もそれほど変わらず、コレクタやベースへ過電流が流れて焼き付かないように「2SC4511」を選びました。選定の際には色々なデータをシートを見て、条件にあうトランジスタを見つけてみてください。

インダクタンスの設計(「NJM2360/60A の応用」39ページ)

 トランジスタが決まりましたら、トランジスタに流れるピーク電流を計算し、定格を越えていないかをチェックします。
前述までを入力すると、「利用できるインダクタの最小値」に値が入っているはずです。今回の例では「6.064μF」が設定されていると思います。この計算されたもの以上のものを、その下の欄に書かれた「インダクタンスの決定」欄に値を入れてください。例として、今回の設計条件で、外部トランジスタを「2SC4511」を選んだ場合、インダクタンスの値を変更したときのピーク電流の値を表に示します。

インダクタンスの値 ピーク電流 許容電流値
10μH 5.687A 11.374A
22μH 2.585A 5.170A
47μH 1.210A 2.420A
68μH 0.836A 1.673A

 上記のようにインダクタンスの値を変えるとピーク電流の値が変化することが理解できます。トランジスタに流れる許容電流値はピーク電流の2倍必要であるとしています。よって、今回、2SC4511は6Aまでコレクタ電流は許されていますが、上の表を見ると10μHだと許容値を越えているため利用できず、22μHより上だと利用できることがわかります。今回は念のため「47μH」を採用しました。47μHを入力すると以下のようになるはずです。

利用できるインダクタの最小値 6.064μs
インダクタンスの決定 47μs
ピーク電流の計算 1.210A
利用インダクタンスの許容電流値 2.420A
利用するインダクタンスの型番 TCV-470M-9A-8026

 利用するインダクタンスの型番にはご自身で利用する型番を設定してください。私はトロイダルコイル「TCV-470M-9A-8026」を利用しました。

バイアス抵抗の設計(「NJM2360/60A の応用」41ページ)
コレクタ抵抗の設計(「NJM2360/60A の応用」41~42ページ)

バイアス抵抗とコレクタ抵抗の意味はPDFファイルに記載されておりますので、省略致します。すでに計算値が出ているはずですので、購入しやすい抵抗を選びます。今回は以下のように致しました。

バイアス抵抗計算 247.934Ω
バイアス抵抗の決定 220Ω
内蔵パワートランジスタQ1のコレクタ電流 23.1mA
1ピンのコレクタ抵抗計算 231.303Ω
コレクタ抵抗の決定 220Ω
8ピンのコレクタ抵抗計算 1110Ω
コレクタ抵抗の決定 1000Ω

検出抵抗の設計(「NJM2360/60A の応用」42~43ページ)

 まず、検出抵抗を求める前にR1,R2に流れる電流を設計します。R1,R2に流れる電流は、入力バイアス電流の100倍以上にするというルールがあるようです。PDFでは300倍にしていますので、そのまま採用して事前に300という数値を入れております。
 すでに、理想的な抵抗値が算出されていると思いますので、それに従って購入しやすいR1とR2の抵抗の値を入れてください。ただし、今回はNJM2360の5ピンにはR1とR2で分圧した電圧を印加するため、R1とR2の比が大事になってきます。それぞれ、R2を確定したときの理想的なR1の値が再計算されますので、それに従ってR1を決定するとよいでしょう。
 結果としては以下のように致しました。

バイアス電流に対して何倍で設計するか 300倍
検出抵抗(ダイオード-5ピン間)の計算 69.583kΩ
検出抵抗の決定 67kΩ
検出抵抗(5ピン-GND間)の計算 10.417 kΩ
決定したR2による適切なR1の抵抗値の計算 10.030 kΩ
検出抵抗の決定 10 kΩ
(決定したR1による適切なR2の抵抗値の計算) 66.800 kΩ

過電流検出抵抗の設計(「NJM2360/60A の応用」43ページ)
平滑容量の設計(「NJM2360/60A の応用」43ページ)
フライフォイールダイオードの設計(「NJM2360/60A の応用」43ページ)

いよいよこれで終わりです。それぞれ計算した結果が表示されていますので、確認します。フライフォールダイアードについてのみ型番を入れてください。一般的にショットバリアダイオードを選ぶように、とPDFで記載がありました。私のほうでは秋月電子通商様で購入可能な「SBM1045VSS」を選択しました。
 よって、今回は以下のようになります。

許容電流 2.420A
過電流検出抵抗の計算 0.103Ω
過電流検出抵抗の決定 0.100Ω
平滑容量の計算 188.000μF
平滑容量の決定 940μF
利用するダイオードの型番 SBM1045VSS

設計結果

 このようにすると、以下のように設計結果が表示されます。必要であれば参考URLに購入予定のものを記載しておくと後々便利だと思って作成しました。

回路図

 このExcelファイルは実際に回路図に設計した数値を載せてくれるようにしていますので印刷してそのまま利用できます。

おわりに

 これで作成したExcelを利用して簡単に昇圧回路を作るためのパラメータを求めることができました。あとは上記回路図に従ってはんだ付けするなり、ブレッドボードで作成するなりでうまくいくはずです。
トランジスタの選定やコイルの選定で少し戸惑う事があると思いますが、秋月電子通商様などがデータシートを公開しておりますのでそちらを見ながら適切な部品を見つけてください。将来的には部品も自動で選定するプログラムを作りたいと思っておりますが、そのためには電子部品のデータベースを作らなくてはいけませんね。これは後程という事で。

参考資料

パーティションの変更には「EaseUS Partition Master Free」がおすすめ!

 昨日、昔からお客様を紹介してもらったりして大変お世話になっておりました方の家に伺いまして、新しく購入したiPhoneに古いiPhoneのデータを移行する作業をしてきました。

 電話で内容伺ったところ、古いiPhoneのデータをパソコンにバックアップしてみたが、新しいiPhoneに復元できないという事で話を聞いて見ると、復元データは正しくパソコン側に保持されているのですが、Cドライブの容量が少なくて、iPhoneへの復元が失敗しているようでした。
 掘り下げて聞いて見ると、Dドライブは全く利用していないという事だったので、以下の「EaseUS Partition Master Free」を利用して、Dドライブの容量を削って、Cドライブの容量を増やす作業をしました。

EaseUS Partition Master Free

 パーティションという耳慣れない言葉ですが、「間仕切り」とかそういった意味がありまして、1つのハードディスクにCドライブとDドライブを作るのに、仕切りを置いて容量を分割しています。
ただ、家の部屋と同じで一度仕切りを作ってしまうと、後で変更するのは難しいのは想像できますね。置いてあるのをどかして、仕切りを動かす作業が必要で、このような作業をしてくれる非常に優秀なソフトです。
しかもただで使える!ということで、今回お客様のところで使わせていただいて、無事パーティションを変更してきました。

 その後、iPhoneへの復元作業を行って、作業完了となりました。
 LINEのデータを移行する際は、古いスマホ上で、「引き継ぎの許可」を行ってくださいね!そうしないと、新しいスマホで購入したスタンプなど使えなくなります!

WordPressを導入しました

 自分の会社のホームページをようやくWordPressを導入できました。
 最初はWordPress特有のテンプレートファイルの動きがわからず戸惑いましたが、色々なページとSchooさんの授業を聞きつつ、ようやくトップページとブログのみをWordPressで連携することができたと感激しています。

 WordPressを導入しようとしたきっかけは2つあります。
 1つは「遠軽の企業」の維持のためです。9年前の独立時、遠軽の企業を紹介するためのポータルサイトを作ろうと思っていましたが、自分一人ではなかなか定期的に更新するといったことが難しく、できればお客様にページを作成するための簡単なひな形を提供し、それをご自身で入力していただければ、ポータルサイトにすぐ反映させるようになるのではと考えておりました。
 もう1つは「ホームページ保守業務をお客様ご自身で行うことを可能にするため」です。私はホームページの作成を業務の1つとして行っておりますが、お客様がご自身で簡単に更新したいという要望が結構ありまして、現在は更新内容をお客様から伺って、私のほうでHTMLファイルを更新し、FTPでアップするといった作業を「保守業務」として行っております。ただ、それだとお客様がニュース性のある記事などですぐに更新したい場合などに対応することが難しい場合もありました。そんな場合にお客様に簡単な操作でページを作成するためのツールを提供できればよいと考えておりました。

 上記を行うために色々検討した結果、WordPressがいいのではと思い、導入に踏み切りました。WordPressはもともとがPHPで書かれているため、PHPを業務で行ったことのある私にとってはとっつきやすく、これが無料で利用できるというのは驚きでした。

 これからは、WordPressによって自分の会社のホームページを維持してみて、お客様の提案の引き出しを増やせるようにしたいと思っております。