【掲載記事】産業機器市場を強力にサポートする10年長期供給と小リール対応
ロームが40V高耐圧の省電力・省スペース電源ICを発表

ロームが40V高耐圧の省電力・省スペース電源ICを発表

ロームは、DC/DCコンバータICの新戦略として「適材適所」をコンセプトにしたDC/DCコンバータファミリを展開しており、パワートランジスタを内蔵した同期整流型の降圧コンバータ「BD9XX」シリーズは、その拡充が進んでいる。

このたびロームは、「BD9XX」シリーズの展開として、産業機器への使用を念頭に置いた「BD9E300EFJ-LB / BD9E301EFJ-LB」および「BD9E100FJ-LB / BD9E101FJ-LB」を発表した。

産業用途では、24Vラインを入力とした降圧電源の需要が多く、厳しい環境条件で使用されることもあり、高耐圧で強靭な電源が必要とされる。さらに、産業機器市場特有の10年を超える長期供給が求められる。

このような産業機器市場の要求に応えるDC/DCコンバータICとして開発された今回の4機種は、強靭さはもちろん、省電力、省スペース化にも大きく貢献する仕様となっている。

BD9E300EFJ 応用回路例

BD9E300EFJ 応用回路例:部品点数が少なくコンパクト

HTSOP-J8 HTSOP-J8
パッケージ
4.9×6.0×1.0mm
SOP-J8 SOP-J8
パッケージ
4.9×6.0×1.65mm
選択肢が少ない産業系24V入力に対応

BD9E300/BD9E301およびBD9E100/BD9E101は、40V高耐圧入力を備えた1chの同期整流降圧DC/DCコンバータで、スイッチ用パワートランジスタが内蔵されている。パワートランジスタは上側下側ともにNch-MOSFETが採用され高効率化が図られている。この構成に関連して、上側Nch-MOSFETのゲートドライブを生成するブートストラップに必要なダイオードも内蔵されている。上記の回路例からも部品点数が非常に少ないことがお分かりいただけると思う。

特長とメリット

・MOSFET内蔵の同期整流型 高効率で、外付けトランジスタや整流ダイオードが不要で省スペース
・発振周波数が1MHzと高速 小型のインダクタとコンデンサが使用でき省スペースに貢献
・電流モード制御 負荷応答が高速で、位相補償も容易
・広い入力電圧範囲 産業標準12V系・24V系システムに最適
・入力電圧最大定格40V 産業機器でのニーズに対応する強靭さ
・小型低背表面実装パッケージ 低背で小型な電源が可能
BD9E300EFJ 効率 – 負荷電流

BD9E300EFJ 効率 – 負荷電流

MOSFETを出力段に使用する同期整流降圧DC/DCコンバータの入力電圧仕様は大まかに、システム電圧5V/3.3Vを想定した7V程度の耐圧、産業系12Vまでをカバーできる20V耐圧、産業系24Vや自動車のバッテリなど変動が激しい入力に対応する40V耐圧、そして、安全電圧の最大値となる60Vに対応する60Vプラスの耐圧に分類できる。市場に存在するDC/DCコンバータの種類は、基本的に耐圧が高くなるほど選択肢が狭まる。

今回の4機種は入力電圧範囲7.0V~36Vで動作し、最大定格は40Vが確保されている。一般的に高耐圧を得るために性能やサイズ面などでのトレードオフを強いられる場合があるが、これらには産業系12Vおよび24Vシステムを前提にした場合、ネガティブなトレードオフはない。

右図は24V入力時の効率曲線だが、降圧比の高い条件でも良好な効率を維持しているのが読み取れる。

仕様概要

4機種の主な違いは、BD9E300/BD9E301は出力電流が2.5A、BD9E100/BD9E101は1.0Aである点で、より大きな電力を扱うBD9E300/BD9E301には、熱対策としてオン抵抗がより低いMOSFETと、裏面に放熱用パッドが露出している熱抵抗の小さいパッケージが与えられている。

また、BD9E300とBD9E100はスイッチング周波数が1MHzで、BD9E301とBD9E101は570kHzとなっているのは、降圧比が高い場合に速いスイッチング周波数ではスイッチ損失が増加し発熱を許容できなくなったり、最小オン時間を維持できなくなることへの対応、またはソリューションサイズよりも効率重視の設計(スイッチング周波数を低くするとスイッチング損失が減る)に対応するためで、使用条件に適するスイッチング周波数を選べるようになっている。

保護機能に至っては、昨今のDC/DCコンバータに必要とされるほぼすべてを備えており、安全面での配慮が高いことが分かる。

品名 BD9E300EFJ-LB
BD9E301EFJ-LB
BD9E100FJ-LB
BD9E101FJ-LB
入力電圧範囲 7.0V~36V 7.0V~36V
入力電圧(最大定格) 40V 40V
出力電圧範囲 1.0V~(VIN×0.7)V 1.0V~(VIN×0.7)V
基準電圧 1.0V±2.0% 1.0V±2.0%
出力電流 2.5A 1.0A
スイッチング周波数 BD9E300:1.0MHz
BD9E301:570kHz
BD9E100:1.0MHz
BD9E101:570kHz
内蔵パワーMOSFETのオン抵抗 ハイサイドNMOS:170mΩ (Typ.)
ローサイドNMOS:140mΩ (Typ.)
ハイサイドNMOS:300mΩ (Typ.)
ローサイドNMOS:300mΩ (Typ.)
保護機能 自動復帰型過電流保護 (OCP)
短絡保護機能(SCP)
過熱保護機能 (TSD)
低電圧誤動作防止機能 (UVLO)
自動復帰型過電流保護 (OCP)
短絡保護機能(SCP)
過熱保護機能 (TSD)
低電圧誤動作防止機能 (UVLO)
ソフトスタート あり あり
パッケージ HTSOP-J8(4.9×6.0×1.0mm) SOP-J8(4.9×6.0×1.65mm)
産業機器用途でも省スペース化は必須

 BD9E300EFJ:ダイオード整流型に比べ実装面積が半分

現在の電源には、高精度、高効率、低消費電力(待機時含む)、小さいフォームファクタが強く求められ、 比較的、電力消費やスペースに対する許容範囲が広いと思われた産業機器についても、もはや例外ではない。 BD9E300/BD9E301およびBD9E100/BD9E101は、当然ながらこれらの要求をクリアし、産業用途に必要な強靭さを備えている。

パワーMOSFETの内蔵を始め従来外付けだった部品を可能な限りIC内に集積したこと、 そして、スイッチング周波数の高速化を図り小型のインダクタとコンデンサの使用を可能にしたことで、 高耐圧電源アプリケーションに使用されることが多いダイオード整流型(チョッパー型)に比べ、実装面積を半分にすることができた。

長期供給は産業用途の「要」

電気・電子部品の業界で「産業用」といった分類があるのは、言うまでもないが民生品の要求とは異なった非常に厳しい条件が存在するからである。産業機器は、性能面はもちろん、厳しい環境下でも確実な動作が要求されるだけではなく耐用年数が長く、保守も含めれば最低でも10年といった期間の部品供給が必要になる。また、機器や用途によっては少量生産が標準的なケースが多々ある。

BD9E300EFJ-LB / BD9E301EFJ-LBおよびBD9E100FJ-LB / BD9E101FJ-LBの機種名に付けられているサフィックス「-LB」は、こういった産業機器市場の要求と特徴に応えるための強力なサポートを意味している。

「-LB」品は10年を超える長期供給が可能である。前述のように産業機器の耐用年数は長く、その間に採用した部品が生産中止になると、ユーザは保守を含めた何年も先の分までの部品確保を強いられたり、場合によっては部品変更のための改版が必要になってしまうことも多々ある。これは言うまでもなく、産業機器メーカにとって重大な問題となる。したがって、産業機器メーカは部品メーカに長期の供給保証を要求するケースがある。「-LB」品は、長期供給という産業機器市場のニーズに正面から対応する。

もう1つの特徴である小ロット生産に対しては、巻き数が250個の小リールでの販売を行う。一般に1リールの巻き数は1000~数千個となり、これが最小発注単位であることが一般的だ。しかしながら、ロットあたり数十から数百といった生産数量の産業機器は決して少なくなく、これが部品採用の障害になることがあるのも事実である。この250個小リールは、お客様の部品購入や在庫管理の負担を軽減し、エンジニアが純粋に機能や性能で部品を選べるといったことにもつながり、その貢献度は高いと考えられる。なお、小リールの販売はBD9E300シリーズから順次設定される。

まとめ

BD9E300EFJ-LB / BD9E301EFJ-LBおよびBD9E100FJ-LB / BD9E101FJ-LBは、産業用途を目的とした電源ICである。高耐圧入力を備えながら、精度など基本性能はもちろん、時代の必須要求事項である省電力・省スペースに対しても、ハイレベルな対応が可能になっており、従来から産業機器での利用が多いダイオード整流型の電源を代替する新世代のソリューションであるといえる。

加えて、長い耐用年数と保守期間、そして小ロット生産といった産業機器市場特有の条件に対する供給面でのサポートが組み込まれている点は、ロームの産業機器市場に対する深い理解と真剣なアプローチの表れであると考えられる。

今後もこのDC/DCコンバータファミリは拡充される予定で、多様な市場に貢献する多彩なラインアップが揃うことが期待できる。

アプリケーションと関連資料

BD9E300EFJ-LB 製品情報(データシート、アプリケーションノート、評価ボード他)
BD9E301EFJ-LB 製品情報(データシート、アプリケーションノート、評価ボード他)
BD9E100FJ-LB 製品情報(データシート、アプリケーションノート、評価ボード他)
BD9E101FJ-LB 製品情報(データシート、アプリケーションノート、評価ボード他)

この記事はインデックスプロのWEBサイトに掲載されました。

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