FB抵抗値の選定：ノイズ耐性と消費電流のトレードオフ

## FB抵抗の役割 DC/DCコンバータやLDOの出力電圧外部設定（FB）タイプは、FB端子に接続した分圧抵抗（RFB1・RFB2）によってVOUTを設定します。 $$V_{OUT} = V_{REF} \times \frac{R_{FB1} + R_{FB2}}{R_{FB2}}$$ FB抵抗値の選定は、消費電流とノイズ耐性のトレードオフとなります。ここでは、FB抵抗値を低くした場合・高くした場合のメリット・デメリットについて解説します。 ## 設計の基本スタンス FB抵抗値の選定において、最も重要なのは **「ICのデータシートで指定されている推奨抵抗値（リファレンスボードの実装値）を基準にする」** ことです。メーカーはICの内部回路や位相補償特性を考慮して、最適な値を選定しているためです。 その上で、アプリケーションの要求に合わせて抵抗値を調整します。 ## FB抵抗値が高い場合 * **メリット：消費電流が小さく軽負荷効率が高い** FB抵抗値が高いとFB抵抗に流れる電流が小さくなるため、消費電流が抑えられます。 軽負荷時の効率改善が目的でFB抵抗を高く設定するケースがあります。 * **デメリット：ノイズ耐性の低下** FB抵抗値が高いとFBノードのインピーダンスが高くなり、スイッチングノイズや外部からの外乱ノイズによりFBラインが影響を受けやすくなります。 FBラインにノイズが入ると、制御回路が誤動作してVOUT変動やICが誤動作する原因になります。実際にイミュニティ試験においても、FB抵抗が高いとイミュニティ耐性が弱くなります。 * **デメリット：基板の寄生容量の影響** FB抵抗を高くすると、位相補償用コンデンサCFBの値が小さくなります。 CFBが数pF〜数十pFになるとFB端子の寄生容量の影響が無視できなくなり、**意図しない位相変化が生じて出力安定性が低下する**可能性があります。 ## FB抵抗値が低い場合 * **メリット：ノイズ耐性が高い・イミュニティ試験に強い** FB抵抗値が低いとFBノードのインピーダンスが低くなり、スイッチングノイズや外部ノイズの影響を受けにくくなります。 ノイズ環境が厳しい産業機器や車載用途では、あえて抵抗値を低めに設定してノイズ耐性を高めるアプローチが有効です。 * **デメリット：消費電流が増加・軽負荷効率が低下** FB抵抗値が低いとFB抵抗に流れる電流が増加し、消費電流が増大します。軽負荷時の効率が低下するため注意が必要です。 $$I_{FB} = \frac{V_{OUT}}{R_{FB1} + R_{FB2}}$$ * **デメリット：CFBが大容量になりゼロ点精度が低下** FB抵抗値が低くなると位相補償用コンデンサCFBの容量が大きくなります。 数100pF程度であれば高精度なCOG/C0G特性のMLCCが使えますが、nF〜10nFオーダーになると高誘電率タイプ（X5R・X7R等）のMLCCしか選択肢がなくなります。高誘電率タイプは容量精度・温度特性が劣るため、**位相補償のゼロ点がずれやすくなり安定性に影響する**場合があります。 ## FB抵抗値のメリット・デメリット一覧 | | FB抵抗値 低い | FB抵抗値 高い | |---|---|---| | **消費電流** | 増加（軽負荷効率低下） | 小さい（軽負荷時効率高い） | | **外乱ノイズ耐性** | 高い（FBノードが低インピーダンス） | 低い（FBノードが高インピーダンス） | | **イミュニティ試験耐性** | 強い | 弱くなりやすい | | **スイッチングノイズの影響** | 受けにくい | 受けやすい | | **CFBの容量** | 大きい（高誘電率タイプが必要になる場合あり） | 小さい（基板寄生容量の影響を受けやすい） | ## VOUT内部固定品との違い VOUT内部固定タイプは、FB抵抗がIC内部に収まっています。 そのため外部からのノイズの影響を受けにくく、**一般的にFB外部設定品よりノイズ耐性が高い**傾向があります。またIC内部のFB抵抗を、FBタイプと比べて抵抗値を大幅に高くすることが可能です。 ## まとめ - FB抵抗値が高いと消費電流が小さく軽負荷効率が高いが、ノイズ耐性が低下する - FB抵抗値が低いとノイズ耐性が高く、イミュニティ試験に強いが消費電流が増加する - FB抵抗が高くなるとCFBが小さくなり基板の寄生容量の影響を受けやすくなる - FB抵抗が低くなるとCFBが大容量になり高誘電率タイプが必要になる場合がある - VOUT内部固定品はFB抵抗が内蔵されるためノイズ耐性が高く低消費化も容易