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Le convertisseur IC de DC/DC réduit au minimum le nombre de composants d'équipement industriel industriel.

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Convertisseur IC de DC/DC pour l'équipement industriel industriel

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Sans compter que la fiabilité élevée et l'approvisionnement à long terme qui sont exigés pour des dispositifs d'équipement industriel industriel, les besoins de réduction de taille récemment augmente également à mesure que dans le cas de l'équipement du consommateur. La réduction de taille du circuit de puissance permet la réduction de l'espace de volume et d'installation du corps principal de l'équipement.

D'une part, la réduction de taille de l'unité d'alimentation d'énergie réduit la fiabilité des composants périphériques parce que la température du logement s'élève. Afin d'éviter ceci, la réduction de valeur calorifique par réduction de perte de puissance du convertisseur IC de DC/DC est nécessaire.

ROHM ? le plus nouveau DC/DC convertisseur IC de s a réalisé la réduction de taille de la source d'énergie par trois méthodes ; réduction de taille des composants périphériques par action à haute fréquence de commutation, réduction de perte par le système synchrone de rectification et réduction de valeur calorifique par processus grand-courant/low-loss.

1. Réduction de taille des composants périphériques par action à haute fréquence de commutation

ROHM ? s BD9E300EFJ-LB est un convertisseur dévolteur de la rectification synchrone DC/DC équipé de la tension de tenue de 40 V entrée ayant le transistor MOSFET intégré de puissance pour la commutation. L'amélioration d'efficacité du transistor MOSFET de puissance est essayée par adoption de Nch-TRANSISTOR MOSFET sur les côtés supérieurs et inférieurs. Pour ce qui concerne cette composition, la diode nécessaire pour le circuit fermé pour produire la commande de porte de Nch-TRANSISTOR MOSFET de supérieur-côté est également fonction intégrée. Le nombre peu élevé des composants est également évident de l'exemple du circuit dans fig. 1.

En outre, le système asynchrone de rectification (rectification de diode) employé souvent dans l'application élevée de puissance de tension de tenue n'est pas adopté mais, au lieu de cela, le système synchrone de rectification avec le transistor MOSFET intégré est adopté pour BD9E300EFJ-LB. Par conséquent, le transistor et la diode externes de rectification sont devenus inutiles permettant la réduction de 50% du secteur de support (fig. 2).

De plus, l'accélération de l'action de commutation à 1 mégahertz permet l'utilisation de l'inducteur et du condensateur compacts. Son principe est montré ci-dessous.

1) Réduction de taille d'inducteur

Afin de réduire un inducteur, il est habituellement nécessaire de réduire l'inductance, mais ce fait devenir l'ondulation du courant d'inducteur plus grande et la nécessité du grand condensateur pour que le rendement se produise (fig. 3).

Cependant, le courant d'ondulation peut être réduit sans pente changeante de vague triangulaire en soulevant la fréquence de commutation. Par exemple, le courant d'ondulation peut être réduit à 1/2 en doublant la fréquence. Puisque la valeur d'inductance est également réduite à 1/2 en conséquence, la réduction de taille de l'inducteur peut être réalisée (fig. 4).

2) Réduction de taille de condensateur de rendement

Un régulateur de commutation agit avec la vague rectangulaire entre le noeud de commutateur et l'inducteur. L'inducteur et le condensateur de rendement forment le filtre passe-bas secondaire avec lequel la tension directe est obtenue en atténuant le composant à haute fréquence de rectangulaire saluent la tension douce de rendement (fig. 5).

La fréquence de coupure FO de ce filtre passe-bas atténue habituellement entièrement le fsw composant de fréquence de commutation en plaçant la fréquence à environ 1/100 de commutation. Puisqu'en soulevant la fréquence de coupure de fsw de fréquence de commutation les FO peuvent également être élevées, la valeur de capacité du condensateur de rendement peut être réduite et sa réduction de taille devient possible.

De cette théorie, tandis que des composants sont réduits en soulevant la fréquence de commutation, d'autres problèmes deviennent évidents. Ils sont perte de commutation de transistor MOSFET de commutateur et augmentation de la perte de charge de porte qui se produisent à mesure que la fréquence de changement augmente. Puisqu'ils réduisent l'efficacité et augmentent la génération de chaleur, ils sont sans des facteurs pour la source d'énergie de réduction de taille (fig. 6).

Bien qu'il y ait une relation de différence entre la fréquence de commutation et la perte de transistor MOSFET de commutateur comme montré ci-dessus, le processus de BiCDMOS le plus avancé est adopté dans BD9E300EFJ-LB pour optimiser l'équilibre entre les deux en concevant avec la fréquence de commutation de 1 mégahertz.

2.Reduction de la perte par le système synchrone de rectification

L'IC du système asynchrone de rectification, qui a été jet principal de 24 systèmes d'alimentation d'énergie de rail de V, utilise le transistor MOSFET comme commutateur de haut-côté et diode de Schottky comme commutateur de bas-côté (fig. 7).

Quand le commutateur de haut-côté est mis en marche, le courant d'entrée est fourni à partir du commutateur de haut-côté à la charge par l'intermédiaire de l'inducteur. En même temps, de l'énergie magnétique est accumulée dans l'inducteur et la charge électrique est accumulée dans le condensateur de rendement. Lorsque, la perte due à sur la résistance et le courant du transistor MOSFET (Pd=R SUR x I2) est produite.

En outre, quand le commutateur de haut-côté est éteint, l'énergie magnétique s'est accumulée dans l'inducteur et la charge électrique accumulée dans le condensateur de rendement sont déchargées en tant que courant. Les retours courants à l'inducteur par l'intermédiaire de la terre et de la diode de Schottky. Lorsque, perte due à la tension de vers l'avant-direction et courant de diode de Schottky (Pd=V F×I) est produit.

Dans le système synchrone de rectification, d'une part, la perte est petite parce que le transistor MOSFET avec petit sur la résistance est utilisé également dans le commutateur de bas-côté (fig. 8).

Par exemple, quand 12 V sont produits de 24 entrées de V, tous les deux le temps tandis que le commutateur de haut-côté est allumé et le temps tandis que le commutateur de bas-côté est allumé sont 50%.

Dans le cas de 5 V produits de 24 entrées de V, d'une part, le temps tandis que le commutateur de haut-côté est allumé est 20.8% et le temps tandis que le commutateur de bas-côté est allumé est 79.2%, à savoir, perte de bas-côté que le commutateur règne.

Quand on assume que le courant de 1 A entre dans le commutateur de bas-côté dans le cas du système asynchrone de rectification, la perte du commutateur de bas-côté sera Pd=V F×I=0.5V×1A=0.5W. D'une part, dans le cas de système synchrone de rectification, c'est Pd=RON×I2=0.14Ω×1A2=0.14W ainsi la génération de chaleur devient 1/3.6 autant que celle dans le cas du système asynchrone de rectification.

Ainsi, dans le cas de grand rapport dévolteur tel que 5 V de 24 alimentations d'énergie de rail de V, le système synchrone de rectification est avantageux pour réduire en raison d'une plus petite perte et d'une génération de chaleur inférieure.

3. Réduction de génération de chaleur par le processus avec la grande perte courante et basse

BD9E300EFJ-LB est produit par le processus de BiCDMOS le plus avancé de la règle de 0.35μm. Bien que la pièce intégrée de commutateur se compose de FET de Nch-DMOS et habituellement il y a une relation de différence entre la tension de tenue élevée/bas sur la résistance et la basse porte de capacité, la tension de tenue de 40 V, la capacité courante de 2.5 A, bas sur la résistance du mΩ 170 et la basse capacité de porte capable de 1 mégahertz d'action sont réalisées. Pour cette raison, la génération de chaleur est bas même dans le cas d'action à haute fréquence de commutation.

En outre, puisqu'un paquet avec sa garniture de rayonnement exposée sur sa surface arrière est adopté pour permettre le rayonnement efficace même de la chaleur produite dans le morceau d'IC, même un petit paquet peut être employé à l'aise sans crainte de génération de chaleur.

4. Série Power-- et d'économie de l'espace d'énergie de l'alimentation IC avec la tension de tenue de 40 V

ROHM ? la série de s BD9E est une solution de la nouvelle génération qui remplace le système asynchrone de rectification (rectification de diode) qui longtemps a été principalement employé dans l'équipement industriel industriel.

BD9E300EFJ-LB/BD9E301EFJ-LB et BD9E100FJ-LB/BD9E101FJ-LB sont les convertisseurs dévolteurs de la rectification synchrone DC/DC de 1ch équipés de l'entrée de tension de tenue de 40 V. L'efficacité du transistor de puissance est augmentée par adoption de Nch-TRANSISTOR MOSFET sur le haut-côté et le bas-côté. Par rapport à la composition, une diode qui est nécessaire pour le circuit fermé que la commande de porte de formes de Nch-TRANSISTOR MOSFET de haut-côté est également fonction intégrée.

Puisque la différence principale parmi les quatre sortes est que le courant de sortie de BD9E300/de BD9E301 est 2.5 A et que de BD9E100/de D9E101 est 1.0 A, transistor MOSFET avec inférieur sur la résistance et paquet avec la résistance thermique inférieure dont la garniture pour le rayonnement est exposée sur sa surface arrière sont adoptés pendant que des contre-mesures contre la chaleur pour BD9E300/BD9E301 qui manipulent un pouvoir plus étendu.

En outre, BD9E300 et BD9E100 sont conçus avec la fréquence de commutation de 1 mégahertz. D'une part, ce pour BD9E301 et BD9E101 est de 570 kilohertz parce que quand le rapport dévolteur est haut, la perte de changement augmente ayant pour résultat la tolérance sans génération de chaleur et incapacité du minimum de maintien à l'heure avec la fréquence rapide de commutation. Elles sont conçues étendant le poids sur l'efficacité plutôt que la taille de solution (la fréquence inférieure de commutation diminue la perte de commutation) et pour permettre à des clients de choisir la fréquence de commutation qui assortit leur état d'utilisation.

5. Résumé

Maintenant que la conscience de l'économie d'énergie monte dans chaque domaine, des dispositifs de puissance et l'alimentation d'énergie IC capable de traiter le pouvoir étendu utilisant des semi-conducteurs réalisant l'économie d'énergie sont progressivement adoptés également dans les demandes d'équipement industriel industriel traitant le pouvoir étendu. De plus, en traitant le pouvoir étendu, la tension de tenue qui est plus haute que la tension d'entrée est exigée afin d'empêcher des dommages même lorsque la tension de montée subite soudaine devant tonner, etc. est reçue.

ROHM développe actuellement des IC avec encore une tension de tenue plus élevée pour assortir de tels besoins, et continuera à augmenter cette série de convertisseur de DC/DC prépare une large variété de lignes pour contribuer à de divers marchés.