NJW4132U2を使った昇圧DC/DCコンバーター基板を作ってみた

以前、TI製LT1930を使った昇圧DCDCコンバーターの基板を作りましたが、最近秋月電子のホームページを見てみると、LT1930が取扱終了になっていました。

そこで、代わりに秋月電子で購入出来るNJW4132U2を使った基板を作り直してみることにしました。

NJW4132U2について

NJW4132U2は日清紡マイクロデバイス（旧新日本無線）製の昇圧DCDCコンバーター用ICです。

45V、1.75AのパワーMOSFETを内蔵しています。

カレントモード制御方式を採用しており、出力に低ESRのセラミックコンデンサを使うことができるとのことです。

データシートの応用例にSEPIC型の昇降圧DCDCコンバーターも記載があります。
これもまた作ってみたいですね。

回路図

回路図は下記になります。
基本は、データシートの回路図の通りです。

入出力のコンデンサは、基本はセラミックコンデンサを使用しますが、低ESRのOSコンなど、電解コンデンサも載せられるような基板にしてみました。

出力電圧の調整について

半固定抵抗（可変抵抗）RV1で出力電圧を調整します。

回路図記載の定数では、22V～43Vあたりで調整できるようにしてみました。（推奨MAX40V、絶対最大定格45V）

RV1の抵抗値と出力電圧はデータシートより、下記のように計算できます。

R2を10kΩなど大きめに変更すると、5V入力→12V出力などの電圧もに対応できます。

上記の出力電圧の計算や、位相補償コンデンサの計算、インダクタの値とピーク電流の計算など、データシートの式を参考にして設計値を計算するエクセルシートを作ってみました。

・EN/SYNC端子について

EN/SYNC端子は、R3でプルアップしており、通常は動作モードになっています。

入力電源側から引き出しているEN端子をGNDに接続することで、スタンバイモードに移行します。

EN端子から外部クロックを入力することも出来ます。
今回のBバージョンのICでは、推奨690kHz～1MHzとされています。

部品リスト

部品リストは下記になります。

品名	参照名	数量	数値・仕様	規格・フットプリント
電源IC	U1	1	NJW4132U2	SOT-89-5 秋月電子：108271
ダイオード	D1	1	ショットキーバリア ダイオード SBM1060LSS 60V/10A	アキシャルリード DO-201AD、P5.08mm 縦向き（アノードが上） 秋月電子：116378
コイル	L1	1	10μH～47μH インダクタ電流を 計算して剪定	10～12mm角面実装インダクタ 例：NR10050T470M（太陽誘電） 秋月電子：108322（47μH） 例：989BS-270M（東光） 秋月電子：104579（27μH） もしくは、φ13までの円筒型コイル(P5-7.5) 例：SRC1013-220M+M（Core Master） 秋月電子：115991（22μH）
抵抗	R1	1	4.7kΩ	アキシャルリード DIN0207、L6.3mm_D2.5mm P2.54mm（縦向き）
抵抗	R2	1	100kΩ	アキシャルリード DIN0207、L6.3mm_D2.5mm P2.54mm（縦向き）
抵抗	R3	1	10kΩ	アキシャルリード DIN0207、L6.3mm_D2.5mm P2.54mm（縦向き）
半固定抵抗 (可変抵抗)	RV1	1	100kΩ	Bourns_3296W 垂直タイプ 秋月電子：100922
コンデンサ	C1,C3,C4	3	10μF	チップ積層セラミックコンデンサ 3225サイズ ※C3,C4耐圧注意 秋月電子：116113（50V耐圧）
コンデンサ	C2	1	22pF	セラミックコンデンサ L5mm_W2.5mm_P5mm 秋月電子：105332など
コンデンサ	C5	1	220μF	電解コンデンサ（高分子固体、OSコン） もしくはセラミックコンデンサと低ESR品の組み合わせ 直径：8mm、ピッチ3.5mm 秋月電子：116870（高分子固体、耐圧25V） 秋月電子：102718（低ESR品、耐圧35V）
コンデンサ	C6	1	47μF	電解コンデンサ（高分子固体、OSコン） もしくはセラミックコンデンサと低ESR品の組み合わせ 直径：8mm、ピッチ3.5mm 秋月電子：116868（高分子固体、耐圧63V） 秋月電子：117498（低ESR品、耐圧63V※長さ20mm）
ピンヘッダ	J1,J2	2	7pin 2.54mmピッチ	2.54mmピッチピンヘッダ 1列×40（折って使う前提） 秋月電子：100167

基板を小さくしたいので、リード抵抗は立て置きで配置してみました。

チップ部品を使って基板を小さくしたい、特性を良くしたいという気持ちと、一生かけても消費出来ないリード部品を使いたいという気持ちのせめぎ合いです。
（しかしリード部品も、ちょうど良い定数が無くて、結局新規で買うことになります）

ショットキーバリアダイオードは40V動作を想定して、耐圧高めのものを探したので大きめになってしまいました。
もう少し電流容量の小さいものでも大丈夫かと思います。

KiCADで基板設計

今回も、フリーの基板設計ソフト、KiCADを使用して基板設計を行いました。

基板サイズは50mm×20mmです。

今回は、入力電圧側と出力電圧側を左右に分けて配置し、細長い形状にしてみました。

2.54ｍｍピッチのピンヘッダを介して、ブレッドボードなどに接続できるようにしています。

裏面（透視図）です。

コイルの裏面のベタGNDは無くす方が良いと聞いたので、渦電流が流れない様にベタを抜いてみました。（渦電流の影響、容量結合、インダクタ値の変動など）

諸説あるようですが・・・。

今回の形状だと、ベタを抜いても渦電流が大回りにループするようにはなっていないので、良いかなと思います。

3Dビュー表示

基板表面側

基板裏面（部品無し）

基板裏面（部品有り）

部品レイアウト

表側の部品配置図です。
NJW4132のICや、表面実装部品を主に配置しています。

裏面の部品配置図です。
リード部品、コイルなどを配置しています。

一旦まとめ

日清紡マイクロデバイス（旧新日本無線）製の昇圧DCDCコンバータ用IC、NJW4132U2の基板を作ってみました。

一旦基板設計のみで、これから多面取り（パネライズ）を行い、他案件と合わせて基板メーカーに発注したいと考えています。

SEPIC型の回路基板も作って動かしてみたいですね。

また進捗あれば更新します。

参考リンク