4スイッチ昇降圧レギュレータを昇圧/降圧/反転向けに構成する方法

はじめに

電力変換アプリケーションの多くは、広い入出力電圧範囲に対応する必要があります。アナログ・デバイセズは、そのようなアプリケーションに対応できる製品として、4つのスイッチを使用する昇降圧レギュレータ(以下、4スイッチ昇降圧レギュレータ)を提供しています。その中でも「LTM4712」を使用することで、大電流に対応しつつ高い効率を実現できるようになります。

LTM4712は、完全統合型のμModuleレギュレータとして実現されています。高度な3Dパッケージに、コントローラ、パワーMOSFET、パワー・インダクタ、コンデンサが収容されており、これを活用することでコンパクトな設計と堅牢な性能を実現できます。このレギュレータは、広い入出力電圧範囲にわたって、高い電力密度と効率、優れた熱性能を発揮します。本稿では、同製品の汎用性に注目し、様々なトポロジで利用可能であることを示します。実際、同製品を使用すれば、降圧(ステップダウン)、昇圧(ステップアップ)に加え、負の電圧を必要とするアプリケーション向けの反転昇降圧の構成も実現できます。

4スイッチ昇降圧レギュレータを降圧用途で使用する

アナログ・デバイセズは、40Vに近い入力電圧と4Aを超える最大負荷電流に対応可能な降圧μModuleレギュレータ製品を複数発表しています。図1は、それらの製品についてまとめたものです。これらのレギュレータは、電圧と電流の範囲に制限があるとも言えます。それに対し、4スイッチ昇降圧レギュレータであるLTM4712を降圧μModuleレギュレータとして使用すると、他の製品と比べて動作範囲を拡大し、システム設計を簡素化することができるようになります。

図1. 40Vに近い入力電圧と4A以上の負荷電流に対応可能な降圧μModuleレギュレータ

特別な調整を行うことなく降圧レギュレータとして簡単に構成することができ、V_IN>V_OUTである場合、同ICのコントローラはパワーMOSFETであるM3を常にオフにし、同M4を常にオンにします(図2)。

一方、パワーMOSFETであるM1とM2は、標準的な降圧レギュレータと同様に動作して出力をレギュレートします。この場合、LTM4712は、M4によって伝導損失が増加するのにもかかわらず、降圧μModuleレギュレータ「LTM4613」よりも優れた電力効率を達成します(図3)。これは、パワーMOSFETとインダクタに関する技術の進化によって実現されています。

表1は、強制空冷を使用しない場合の熱性能を比較したものです。LTM4712の効率の優位性を示したものであり、降圧レギュレータ「LTM4613」よりも多くの電力を供給しても、フットプリントは同程度ながら、より低い温度で動作することがわかります。