リファレンス回路4374

アバランシェフォトダイオード(APD)バイアスアプリケーション用の電源と高精度な電流モニタ

筆者: Subbarami Reddy

要約:このリファレンスデザインはAPDバイアスアプリケーションの電源および電流モニタ要求に対処する回路を提供します。DC-DCコンバータのMAX15031に基づいて、アプリケーション回路は2.7V~11Vの入力電源電圧範囲で70V、4mAのDC-DC電源コンバータを提供します。

このリファレンスデザインの主な仕様を、このアプリケーション用の詳細な回路図(図1)および部品表(表1)とともに下に示します。

設計仕様と設定
  • 2.7V~11Vの広い範囲の入力電源電圧
  • 70Vの出力電圧
  • 4mAの出力電流
  • 固定の400kHzスイッチング周波数
  • -40℃~+125℃の動作温度範囲
  • 小型、8mm x 12mmの回路実装面積

リファレンスデザインの回路図

図1は入力範囲が2.7V~5.5Vのリファレンスデザイン回路図を示します。CP端子をVINに接続して、チャージポンプ用コンデンサ(C3)を取り外すことによって、これと同じ回路を5.5V~11Vの入力範囲に使用可能です。

Figure 1. Schematic of the MAX15031 boost converter for FSW = 400kHz (fixed).
図1. FSW = 400kHz (固定)とした昇圧コンバータMAX15031の回路

表1. 部品表(BOM)
Designator Value Description Part Footprint Manufacturer Quantity
C1 1オF, 10V Capacitor GRM155R61A105KE15 0402 Murata 1
C2, C4 0.1オF, 16V Capacitors GRM155R71C104KA88 0402 Murata 2
C3, C6 0.01オF, 25V Capacitors GRM155R71E103KA01D 0402 Murata 2
C5, C8 0.1オF, 100V Capacitors GCM21BR72A104KA37L 0805 Murata 2
C7 0 Capacitor Open 0402 Open 1
D1 100V, 150mA Schottky diode BAT46W-7-F SOD-123 Diodes Inc. 1
L1 4.7オH Inductor ME3220-472MLB 3mm x 3mm Coilcraft 1
R1 348kΩ Resistor SMD, 1%, 0.125W 0402 Vishay 1
R2 6.34kΩ Resistor SMD, 1%, 0.125W 0402 Vishay 1
R3, R6 10kΩ Resistors SMD, 1%, 0.125W 0402 Vishay 2
R4 100Ω Resistor SMD, 1%, 0.125W 0402 Vishay 1
R5 3.16kΩ Resistor SMD, 1%, 0.125W 0402 Vishay 1
U1 MAX15031 Boost converter MAX15031ATE+ 16-TQFN-EP Maxim 1

設計性能を示す波形

図2図3は図1の回路の性能を示しています。LXノードの電圧から、コンバータが不連続動作モードで動作していることが分かります。回路は入力(VIN)を3.3Vにした場合に、70Vの出力(VOUT)となるよう設計されています。

Figure 2. VIN (Channel 3), VOUT (Channel 2), and APD (Channel 1) at 3.3V input.
図2. 3.3V入力の場合のVIN (チャネル1)、VOUT (チャネル2)、およびAPD (チャネル3)

Figure 3. LX node voltage (Channel 1), VOUT (Channel 2), and APD output (Channel 3) at VIN =3.3 V with an APD current of 4mA.
図3. VIN = 3.3VおよびAPD電流を4mAとした場合のLXノード電圧(チャネル1)、VOUT (チャネル2)、およびAPD出力(チャネル3)

Figure 4. Input ripple (Channel 1) and output ripple (Channel 2) at VIN = 3.3V with an APD current of 4mA.
図4. VIN = 3.3VでAPD電流が4mAの場合の入力リップル(チャネル1)および出力リップル(チャネル2)

図4は入力電圧を3.3Vに保ち、負荷電流が4mAの場合の入力(VIN)および出力(VOUT)リップルを示しています。

図5は電流が電流制限に達した場合のRLIMの両端間の電圧を示しています。この場合、電流制限は4mAに設定されています。電流制限に達したとき、RLIMの両端間の電圧は1.245Vです。

Figure 5. APD (Channel 2), VIN (Channel 3), and APD current-monitoring output across RLIM (Channel 4) at 4mA of APD current.
図5. APD電流が4mAの場合のAPD (チャネル2)、VIN (チャネル3)、およびRLIMの両端間のAPD電流モニタ出力RLIM (チャネル4)

効率測定

システム全体の効率は3.3Vおよび5V入力で、負荷電流を0~4mAまで変化させた試験結果から計算されます。図6は出力が70Vに対する効率曲線を示しています。

Figure 6. Efficiency versus load current with 3.3V and 5V inputs.
図6. 入力が3.3Vと5Vの場合の効率対負荷電流

基板設計

図7は、12mm x 8mmの小さい基板上に収まったこのリファレンスデザインのレイアウトを示しています。図8図9はそれぞれ、トップ層とボトム層のレイアウトを示しています。

Figure 7. Board layout of the reference design, which measures 12mm x 8mm.
図7. 大きさが12mm x 8mmのリファレンスデザインの基板レイアウト

Figure 8. Top-layer components.
図8. トップ層の部品

Figure  9. Bottom-layer components.
図9. ボトム層の部品



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