電源システム、より小型・高効率化

ローム

図1
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電源の分散処理に対応したDC-DCコンバーター(FDK)

◆スイッチング電源
 スイッチング電源は、より小型、高効率、低ノイズ化が可能な共振コンバーター方式や部分共振コンバーター方式が一般的になっている。
共振コンバーター方式はこれまでコスト高が難点とされていたが、専用ICの開発などで解消されてきている。部分共振コンバーター方式は、省エネ化の高まりから、待機時電力削減電源としての導入が増えている。
スイッチング電源は、カスタム電源が一般的だが、最近は製品開発時間を短縮し、コストを下げるため電源の各部をユニット化し、要求仕様の電源を早期に製品化できるモジュール電源が登場している。
電源のモジュール化とともにセミカスタム電源への取り組みも行われている。この電源はカスタム電源と標準電源の欠点をなくし、特徴だけを利用するもので、ACのフロントエンド部と複数のモジュールで構成され出力モジュールを総出力内で複数組み合わせることで任意のマルチ出力を実現する。

◆DC―DCコンバーター
 半導体IC、LSIの電源電圧の違いによる電源の分散化や微細加工技術の進展による低電圧化などで、DC―DCコンバーターは必要不可欠な電源となっている。
小容量品はIC化されており、わずかな外付け部品でDC―DCコンバーターが構成できるようになっている。中容量品はノートパソコンや携帯機器の液晶ディスプレイ用DC―DCコンバーターや液晶バックライト用インバーターに多く使われており、高密度実装技術を用い、薄型トランスや圧電トランスを搭載した製品が使われている。
大容量品では、共振コンバーター方式や部分共振コンバーター方式の採用により、小型、薄型で、高信頼性を目指した製品や、出力電圧の自由度を高くしてカスタム電源仕様を満足させるものが登場している。
モジュール化も進み、とくに携帯電話の基地局などで使用される世界の標準規格に準拠したパワーモジュールが注目されている。フルブリック、ハーフブリック、クォーターブリックなどのパワーモジュールが登場している。
さらに高度なDC―DCコンバーターとして、部品の変更や外部回路の追加を行わなくても出力電圧を設定でき、出力電流も変化させることもできるというものも開発されている。

◆電源用部品
 電源には、パワー用半導体とトランス、コンデンサー、チョークコイル、それにノイズ対策用部品などが使用される。
パワー用半導体は、スイッチング周波数の高周波数化により高周波特性に優れたMOS―FETが多く使われるようになっている。
電子機器の各モジュールに安定した電圧を供給するためのレギュレーターICは、複合化することで外付け部品を少なくしたり、実装面積を削減するものも登場している。電源制御部もIC化が進み、電源の小型化に貢献している。
トランスは、コア材料にフェライト材が使用されるが、コアロスを大幅に低減させたコア材が開発されている。
チョークコイルも小型・高性能化が進められている。とくにモバイル機器のDC―DCコンバーターに使用するチョークコイルは小型で薄型品が要求されることから、コア材料には高飽和磁束密度で低漏洩磁束品が使用されている。
コンデンサーはアルミ電解コンデンサーがおもに使用されるが、寿命および耐熱特性の向上が重要視されている。
入力平滑用では高リップル化、異常ストレスに対応する安全コンデンサーなども開発されている。
2次平滑用では低インピーダンス化や低ESR(等価直流抵抗)など特性の改善が行われている。
小容量DC―DCコンバーターの入力側や電源2次側ではチップ積層セラミックコンデンサーの採用が増えている。
図2
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超低オン抵抗パワーMOS-FET(ローム)





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