keo nha cai bet88 bet88 keo nha caiGiá trị 変換効率と放熱特性が高い小型DC-DCコンバータ・モジュール、高性能デジタルLSIのPOLコンバータに向ける
2019.09.12
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Mô-đun chuyển đổi DC-DC (mô-đun cấp nguồn) bao gồm IC chuyển đổi DC-DC, cuộn cảm, tụ điện, điện trở, v.v. trong một gói. Là bộ chuyển đổi POL (Điểm tải) cung cấp năng lượng cho các LSI kỹ thuật số hiệu suất cao như bộ xử lý, FPGA, GPU, SoC và ASIC, việc sử dụng chúng trong máy tính, thiết bị liên lạc, thiết bị công nghiệp, thiết bị y tế, v.v. đang tăng lên nhanh chóng.
Phong trào hướng tới mô-đun hóa đang tăng tốc
Các LSI kỹ thuật số như bộ xử lý, FPGA, SoC, ASIC, GPU và DSP đóng vai trò "bộ não" trong máy tính, thiết bị liên lạc, thiết bị công nghiệp, thiết bị y tế, v.v. Bộ chuyển đổi DC-DC cung cấp năng lượng cho các LSI kỹ thuật số hiệu suất cao này thường được gọi là bộ chuyển đổi "POL (Điểm tải)".
Sức mạnh
モジュール化が進んでいる背景には、2つの大きなトレンドがある。1つは、アナログ技術者が減っていること。もう1つは、機器開発のリードタイムが短くなっていることだ。人もいないし、時間もない。ディスクリート部品を集めてDC-DCコンバータ回路を設計していては、製品開発のスケジュールを順守できない。そこで部品コストは多少高くなってしまうが、人材不足への対応や時間短縮を目的にDC-DCコンバータ・モジュールを採用する事例が増えている。
Sức mạnh
モジュール化が進んでいる背景には、2つの大きなトレンドがある。1つは、アナログ技術者が減っていること。もう1つは、機器開発のリードタイムが短くなっていることだ。人もいないし、時間もない。ディスクリート部品を集めてDC-DCコンバータ回路を設計していては、製品開発のスケジュールを順守できない。そこで部品コストは多少高くなってしまうが、人材不足への対応や時間短縮を目的にDC-DCコンバータ・モジュールを採用する事例が増えている。
Tập trung vào hiệu suất và khả năng tản nhiệt
Thine Electronics gia nhập thị trường mô-đun chuyển đổi DC-DC cấp thấp vào tháng 12 năm 2016 để đáp ứng những xu hướng này. Sản phẩm đầu tiên được ra mắt là THV81800.
この第1弾製品で重視したのは、負荷過渡応答特性である。一般に、プロセッサやFPGAなどの高性能なデジタルLSIでは、動作モードなどが変化すると、それに伴って負荷電流も大きく変化する。POLコンバータはこの変化に追随して、安定した電圧を供給し続けなければならない。これを可能にするのが高速な負荷過渡応答特性である。第1弾製品では、同社独自のDC-DCコンバータ制御技術「Transphase」を採用することで、業界最高水準の負荷過渡応答特性を達成した。
一方の第2弾製品では、最も重視する特性を変えた。今回重視したのは、変換効率と放熱特性である。どのようにして変換効率と放熱特性を高めたのか。一般に、DC-DCコンバータの変換効率においては、最新の回路技術を活用しスイッチング損失やデッドタイム損失を低減、もしくはMOSFETなどのスイッチング素子とインダクタで発生する損失を低減させることが効果的である。もっともMOSFETの損失については、技術的にかなり極限まで到達しており、MOSFETでの損失をこれまで以上に大幅に減らすのは難しい。もちろん、新しいスイッチング素子であるGaN（窒化ガリウム） FETを使えば、減らせる余地はあるものの、現時点ではGaN FETそのもののコストは高い。
そこでインダクタに注目した。インダクタの損失を減らすには、巻線の直流抵抗(DCR)を減らす事が重要となるが、DCRの小さなインダクタを選択すると、インダクタのサイズが大きくなってしまう。汎用品を採用していたのでは、なかなか市場要求サイズに収めることは難しい。そこで今回は、DC-DCコンバータ・モジュールに最適なカスタマイズ化されたインダクタの新規採用を行った。
この第1弾製品で重視したのは、負荷過渡応答特性である。一般に、プロセッサやFPGAなどの高性能なデジタルLSIでは、動作モードなどが変化すると、それに伴って負荷電流も大きく変化する。POLコンバータはこの変化に追随して、安定した電圧を供給し続けなければならない。これを可能にするのが高速な負荷過渡応答特性である。第1弾製品では、同社独自のDC-DCコンバータ制御技術「Transphase」を採用することで、業界最高水準の負荷過渡応答特性を達成した。
一方の第2弾製品では、最も重視する特性を変えた。今回重視したのは、変換効率と放熱特性である。どのようにして変換効率と放熱特性を高めたのか。一般に、DC-DCコンバータの変換効率においては、最新の回路技術を活用しスイッチング損失やデッドタイム損失を低減、もしくはMOSFETなどのスイッチング素子とインダクタで発生する損失を低減させることが効果的である。もっともMOSFETの損失については、技術的にかなり極限まで到達しており、MOSFETでの損失をこれまで以上に大幅に減らすのは難しい。もちろん、新しいスイッチング素子であるGaN（窒化ガリウム） FETを使えば、減らせる余地はあるものの、現時点ではGaN FETそのもののコストは高い。
そこでインダクタに注目した。インダクタの損失を減らすには、巻線の直流抵抗(DCR)を減らす事が重要となるが、DCRの小さなインダクタを選択すると、インダクタのサイズが大きくなってしまう。汎用品を採用していたのでは、なかなか市場要求サイズに収めることは難しい。そこで今回は、DC-DCコンバータ・モジュールに最適なカスタマイズ化されたインダクタの新規採用を行った。
Cuộn cảm chuyên dụng mới được sử dụng
Cuộn cảm tùy chỉnh được đặc trưng bởi hình dạng của chúng. Hình dạng tổng thể của cuộn cảm là một hình chữ nhật mỏng, song song, có hình dạng giống như một chiếc vỏ, với một cuộn dây (cuộn dây) được gắn vào một phần của cuộn cảm.
この形状に行き着いた理由は2つある。1つは、太い巻線が使えることだ。採用したインダクタの巻線は平角線で、通常の丸線よりも断面積が上がるためDCRは低くなる。このため、一定のインダクタンスを確保しながらDCRを低減することに成功した。
もう1つは放熱特性を高められることである。インダクタ全体は、コア材で形成されている。このコアが磁性材料としてインダクタの特性を高めると同時に、ヒートシンクの役割を兼ねる。しかも、DC-DCコンバータICとコアを密着させるために、熱伝導率が高い接着剤で隙間を埋めた。こうすることで、1カ所だけ温度が高くなるホットスポットの発生を避けられる（図2）。電力損失から発生する局所発熱がインダクタで均一化されるため、温度ディレーティングが必要なケースが少なくなる。
こうした新開発のインダクタを採用することで、エポキシ樹脂でモールディングする既存の構成と比べると、変換効率を2％以上改善できる。
Hình 1 Cấu trúc và bốn tính năng của mô-đun bộ chuyển đổi DC-DC bước xuống sử dụng cuộn cảm chuyên dụng
この形状に行き着いた理由は2つある。1つは、太い巻線が使えることだ。採用したインダクタの巻線は平角線で、通常の丸線よりも断面積が上がるためDCRは低くなる。このため、一定のインダクタンスを確保しながらDCRを低減することに成功した。
もう1つは放熱特性を高められることである。インダクタ全体は、コア材で形成されている。このコアが磁性材料としてインダクタの特性を高めると同時に、ヒートシンクの役割を兼ねる。しかも、DC-DCコンバータICとコアを密着させるために、熱伝導率が高い接着剤で隙間を埋めた。こうすることで、1カ所だけ温度が高くなるホットスポットの発生を避けられる（図2）。電力損失から発生する局所発熱がインダクタで均一化されるため、温度ディレーティングが必要なケースが少なくなる。
Hình 2 Đạt được đặc tính tản nhiệt cao
こうした新開発のインダクタを採用することで、エポキシ樹脂でモールディングする既存の構成と比べると、変換効率を2％以上改善できる。
Có thể sử dụng bộ chuyển đổi POL mật độ công suất cao
Lần này, chúng tôi đã chuẩn bị ba sản phẩm có dòng điện đầu ra tối đa khác nhau (Bảng 1). Chúng là sản phẩm đầu ra 6A "THPM4301A", sản phẩm đầu ra 8A "THPM4401A" và sản phẩm đầu ra 12A "THPM4601A".
専用のインダクタを採用したことのメリットは、高い変換効率と放熱特性が得られること以外にも2つある。第１に、放射電磁雑音（EMI）を低く抑え得られることだ。DC-DCコンバータICなどを実装した基板を磁性材料からなるインダクタで完全に覆うことで、外部に放射されるEMIを封じているからである。競合他社品に比べるとおよそ10dB程度低減できる。
第2に、放熱特性が高いため、モジュールの外形寸法は小さいながらも、より多くの電流をデジタルLSIに供給できることである。言い換えれば、電力密度の高いPOLコンバータを実現できることになる。
今回、特に重視した特性である変換効率や放熱特性については、競合他社品を大きく上回る。一般的なプロセッサやFPGA、SoC、ASICなどに向けたPOLコンバータに適用すれば、変換効率や放熱特性、電力密度が高い点などが電子機器設計に大きく貢献するのは間違いない。
Ứng dụng
Bảng 1 Thông số kỹ thuật của ba sản phẩm bộ chuyển đổi POL
専用のインダクタを採用したことのメリットは、高い変換効率と放熱特性が得られること以外にも2つある。第１に、放射電磁雑音（EMI）を低く抑え得られることだ。DC-DCコンバータICなどを実装した基板を磁性材料からなるインダクタで完全に覆うことで、外部に放射されるEMIを封じているからである。競合他社品に比べるとおよそ10dB程度低減できる。
第2に、放熱特性が高いため、モジュールの外形寸法は小さいながらも、より多くの電流をデジタルLSIに供給できることである。言い換えれば、電力密度の高いPOLコンバータを実現できることになる。
今回、特に重視した特性である変換効率や放熱特性については、競合他社品を大きく上回る。一般的なプロセッサやFPGA、SoC、ASICなどに向けたPOLコンバータに適用すれば、変換効率や放熱特性、電力密度が高い点などが電子機器設計に大きく貢献するのは間違いない。
Ứng dụng