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ミリ波レーダー電源の開発

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はじめに

自動運転は、自動車市場で最も人気のあるトレンドの1つです。現在、商用レベルの自動運転はL2 / L3レベルにとどまっています。自動車のレーダー技術は、より高いレベルの自動運転を実現するためのソリューションとして勢いを増しています。ミリ波レーダーを正確に認識することで、自動車は自律的にインテリジェントな判断や決断を行うことができます。

ミリ波レーダー

77GHzのミリ波レーダーは、強力な干渉除去機能、高精度、小型サイズ、および柔軟なアルゴリズムを備えています。長距離、短距離、360°サラウンドビューなど、さまざまなアプリケーション計画で使用できます。ミリ波レーダーは超音波レーダーよりも感度が高く、コストはLiDARに匹敵します。その結果、ミリ波レーダーは自動車レーダー市場で成長傾向になっています。

自動運転が業界を牽引し続けているため、自動車レーダー市場は需要が急増しています。搭載されたミリ波レーダー技術は、この市場の主要な触媒になると予想されています。

最適化されたパフォーマンス

安定した信頼性の高い高性能電源ソリューションは、ミリ波レーダーをサポートし、強力な検出性能を実現します。MPSは、電力ソリューションを専門とする大手半導体メーカーとして、CMOSプロセスのミリ波レーダーチップのメーカーであるCalterahと共同で、ミリ波レーダーの開発に貢献してきました。

図1は、自動車用77 / 79GHzミリ波レーダーのCalterahAlpsシリーズのディスクリート電源ソリューションを示しています。ソリューションは、 MPQ4420A-AEC1、MPQ2166A-AEC1、とMPQ2171-AEC1を使用しています。

CalterahによるMPSディスクリート電源ソリューション

図1 : CalterahによるMPSディスクリート電源ソリューション

ディスクリート電源ソリューションの2つの段階についてさらに詳しく説明します。

第一段階

MPQ4420A-AEC1は、AEC-Q100認定の同期整流降圧コンバータで、連続動作入力電圧 (VIN) 範囲が4V〜36Vです。MPQ4420A-AEC1の機能には以下が含まれます :

  • 最大36Vの過渡入力電圧をサポートし、他の車載機能によって発生するバッテリ電圧スパイクに対応
  • 最大95％のデューティサイクルをサポートし、バッテリ電圧が低いときのコールドクランク条件下で安定した出力を保証
  • 基板スペースを節約するためにTSOT23-8 (3mm x 3mm) パッケージで提供
  • 12V入力で2Aの出力電流 (IOUT) および95％を超える5V出力変換効率を達成

さらに、MPQ4420A-AEC1は、ピーク電流制御モード、高速ループ応答、優れた動的性能、およびバックアップ回路と電源の信頼性を確保するために±0.2％という低いロードレギュレーションをサポートします。堅牢な保護には、入力低電圧保護 (UVP)、出力過電流保護 (OCP)、および過熱保護 (OTP) が含まれ、ミリ波レーダーシステム全体のセキュリティレベルをさらに高めます。

図2は、MPQ4420A-AEC1の代表的なアプリケーション回路を示します。

MPQ4420A-AEC1の代表的なアプリケーション

図2 : MPQ4420A-AEC1の代表的なアプリケーション

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第2段階

MPQ4420A-AEC1と同様に、MPQ2166A-AEC1およびMPQ2171-AEC1も、AEC-Q100認定の、車載用グレードの同期整流降圧コンバータです。

MPQ2166A-AEC1は、シングル入力、デュアル出力、同期整流コンバータです。このデバイスは、位相が180°ずれた2つの出力電圧で動作可能なため、入力電圧リップルと必要な入力コンデンサの数が減少します。

実際の要件に基づいて、2つの出力電流を2A / 2Aまたは3A / 1Aとして柔軟に構成できます。動作周波数は外部抵抗で設定し、最大スイッチング周波数 (fSW) は3MHzです。超高周波数fSWは 物理的に小さいパワーインダクタを使用して、全体のレイアウト領域を減らすことができます。

軽負荷下では、MPQ2166A-AEC1は高度な非同期変調 (AAM) モードと強制連続導通モード (FCCM) をサポートし、ピーク変換効率は90％を超えます。

車載用のプラットフォームには、パワーチップの変換効率と静的消費電力に対する厳しい要件があります。これらの要件に対応するために、MPQ2166A-AEC1は65μAの静止電流をサポートしており、その超低静的消費電力により、車載用環境に最適です。

追加機能は次のとおりです。

  • 2.7V〜6VのVIN範囲をサポートし、100％デューティサイクル動作、1V1と1V5の両方のミリ波レーダーチャネルに同時に電力を供給可能
  • ピーク電流制御と優れた動的性能を採用し、ミリ波レーダーの安定動作に貢献
  • システムの信頼性を向上させるために、OCP、OTP、SCPなどの堅牢な保護を実現
  • QFN-18 (2.5mm x 3.5mm) パッケージで利用可能

図3は、MPQ2166A-AEC1の代表的なアプリケーション回路を示します。

MPQ2166A-AEC1の代表的なアプリケーション

図3 : MPQ2166A-AEC1の代表的なアプリケーション

MPQ2171-AEC1は、TSOT23-8 (3mm x 3mm) パッケージにパワーMOSFETが統合された降圧スイッチモードコンバータです。デバイスには、次の機能があります。

  • 2.5V〜5.5VのVIN範囲と100％のデューティサイクル動作をサポートし、3V3ミリ波レーダーチャネルに電力を供給
  • 最大1AのIOUT、デフォルトの2.6MHz fSW、および90％を超えるピーク変換効率をサポート
  • コンスタントオンタイム (COT) 制御を採用し、高速ループ応答と優れた動的パフォーマンスを実現
  • OCP、OTP、SCPなどの保護を提供

図4は、MPQ2171-AEC1の代表的なアプリケーション回路を示します

MPQ2171-AEC1の代表的なアプリケーション

図4 : MPQ2171-AEC1の代表的なアプリケーション

結論

車載用レーダー技術の中でも、ミリ波レーダーは自動運転の進歩のための強力な検出性能を実現します。本稿では、Calterah AlpsシリーズとMPQ4420A-AEC1、MPQ2166A-AEC1とMPQ2171-AEC1を使用したディスクリート電源ソリューションについて説明しました。MPSは、幅広いアプリケーション向けの革新的なソリューションを作り続ける先進的な電源メーカーです。

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