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從48V直接降壓到3.3V的DC/DC轉換器IC技術
 

【作者: ROHM】   2016年06月21日 星期二

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近年由於節能意識抬頭,各領域皆為了減低功率切換損失而不遺餘力,也因此在汽車業界,目前搭載耗油量改善效果比傳統12V電源系統高、有安全性考量之48V電源系統的油電混合車﹙Hybrid car﹚備受矚目。


不過,驅動一般車用MCU或控制系統所必要之3.3V或5V並沒有可以從48V直接降壓之高降壓比電源IC,必須製造12V等中間電壓以2階段方式降壓。另一方面,為了避免影響廣播頻段,同時也需要2MHz以上的高頻運作。


為了做出這種符合「高輸入、低輸出、高頻率動作」等市場需求,必須將開關啟動時間變短,然而傳統的方法容易受到雜訊影響,開關啟動時間難以極小化。


ROHM株式會社已成功研發可以從汽車或工具機等需求高漲之48V高輸入電壓直接降壓到3.3V或5V等低電壓的DC/DC轉換IC技術。本技術內建高耐壓MOSFET,可承受80V高電壓,亦藉由獨家脈衝控制技術來達成20ns的業界最小啟動﹙switching on﹚時間。也因此,電源系統可以一面使用2MHz之固定開關頻率﹙switching frequency﹚一面從48V穩定降壓到3.3V。



圖1
圖1

由於大幅提升了降壓比,因此除了不需要藉由第二電源IC等進行中間切換外,亦將輕易做到以電流模式控制之相位補償,大大提升對各種應用之高效率化及小型化、並減輕設計負擔。


運用最小開關啟動時間,協助汽車或工具機的穩定運作

最小開關啟動時間,讓降低穩定電壓化為可能

此次由於活用短時間控制脈衝的ROHM獨家技術,成功做到了傳統產品1/6的業界最小開關啟動時間20ns。因此,可以從48V電源系統以3.3V穩定輸出電壓驅動各功能。此外,亦將驅動頻率固定為無線AM頻段1.84MHz(MAX)範圍外的2MHz,無須擔心頻率的干擾。



圖2
圖2

利用電流模式控制,輕易實現相位補償

類似DC/DC轉換器般之開關電源擁有反饋控制電路,需要相位補償來防止異常振盪。電流模式控制可以輕易設定相位補償,但另一方面則有開關啟動時間變短且控制本身變難的課題。本IC由於採用了能以短脈衝幅控制電流的電流模式,故可輕易實現相位補償,對減輕整機設計負擔有所貢獻。在廣泛的輸入電壓範圍中,只要2個零件即可實現穩定運作。



圖3
圖3

藉由高輸入電壓範圍來應對廣泛應用

由於採用ROHM製高耐壓MOSFET,相較於傳統製品,成功將輸入電壓範圍擴大到約4.6倍的12~65V,因此可供應車用裝置到工具機等廣泛應用。



圖4
圖4

採用散熱性高的小型封裝

耐壓的提升將產生散熱問題,一直以來都難以小型化。不過,VQFN24SV4040由於底部散熱,故可以採用4.0 x 4.0 x 1.0mm之封裝,相較於傳統產品,縮小了54%。


搭配各種保護功能,確保安全性

與傳統產品同?亦搭配了以下保護功能,可讓IC安全驅動。


* 應對AEC-Q100


* 過電流保護功能


* 低輸入誤動作防止功能


* 高輸入誤動作防止功能


* 輸出過電壓保護功能


* 溫度保護功能


* 負載短路保護功能


名詞註釋

*DC/DC轉換器: 電源IC的一種,將電壓從直流(DC)轉換至直流。一般存在有降低電壓之降壓及提升電壓之升壓。


*脈衝﹙Pulse): 擁有一定幅度之矩形波。藉由改變脈衝幅度,可以控制電流或電壓。


*相位補償: 穩定電源電路使其運作並將輸出電壓保持穩定所必要之電路。


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