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MID06W0505Aシリーズで絶縁型電源モジュールの価値をもっと高める

 
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はじめに

電源モジュールはパワーエレクトロニクスアプリケーションの中核部分を形成しています。特に、マイクロパワー電源モジュールは、RS485、CAN、およびRS232などの様々な信号アプリケーションに電力を供給するために広く使用されています。産業オートメーション、電気自動車のバッテリ管理システム (BMS)、充電池などの産業アプリケーションでは、安全性、出力密度、信頼性に関する基準が継続的に向上しています。

パワーエレクトロニクス業界における出力密度と設計の容易さを向上するために、MPSは絶縁型DC/DC電源モジュールファミリであるMID06W0505Aシリーズ (MID06W0505A-3、MID06W0505A-2、EV1W0505A-Y-00A、およびEV06W0505A-Y-00Bを含む)を発売しました。これらは、SOIC-16 (10.3mm x 10.3mm x 2.5 mm) のチップスケールパッケージで提供されます (図1参照)。

図1: MID06W0505A電源モジュール

従来の電源モジュールは、通常は、PCB、コンデンサ、抵抗器、変圧器、およびICによって組み立てられ、その後、プラスチックシェルに入れられます。MPSは、はんだ付けに便利なチップレベルのSOIC-16パッケージを採用しており、基板スペースを大幅に削減し、信頼性を向上させ、優れた性能を発揮します。

本稿では、MID06W0505A-3の利点について調べます。

パッケージと信頼性

図2は従来のモジュールを示しています。

図2: 従来の電源モジュール

従来のモジュールでは、ポッティングプロセス中に気泡が混入する可能性があるため、ポッティング接着剤が老朽化しやすくなります。モジュールを気圧の低い箱に入れて混合した空気を逃がすことで気泡を取り除くことができますが、エラーの余地があり、老朽化が発生する可能性があります。これは、ポッティング接着剤の亀裂およびシェルの膨張につながる可能性があります。たとえほとんどの気泡が抽出されても、内部の気泡は使用中に膨張と収縮を繰り返し、ポッティング接着剤を老朽化させます。劣化したポッティング接着剤は、モジュールの信頼性を低下させることにより、ICに大きな影響を与えます。また、一次および二次絶縁破壊につながる可能性があり、これはユーザにとって危険です。

さらに、従来の電力モジュールは、一般に、-40℃～+85℃の狭い温度範囲で動作します。プラグインパッケージは変形しやすく、ピンは自動溶接ができず、効率が低くなります。従来のモジュールは、その高さが原因で、スペースに制約があるアプリケーションでは実装が困難な場合もあります。

MID06W0505A-3は、従来の電源モジュールの欠点を解消し、次のような特長を備えています。

  • プラスチックを封入するために高圧を使用。気泡の発生を防止し、信頼性と耐圧性を向上させたチップレベルパッケージングシステム
  • -40°C～+125°Cの動作温度幅
  • 生産効率を向上させ、厳しい高さ要件を満たす非常に薄いプロファイルを実現する、SMTを自動化するための便利な超薄2.5mm SOICW-16パッケージ

磁場耐性

製品が強い磁場にさらされると、通信異常が発生したり、焦げたりすることさえあります。これらの問題は、多くの場合、放射または伝導による磁気障害が原因です。

図3は、磁石をモジュールの上に置いて障害を起こす実験です。

図3: 磁石を用いた障害実験

図4は、MID06W0505A-3の電源モジュールの上に磁石がある場合の安定した出力を示しています。

図4: MID06W0505A-3の安定した出力

これらの結果は、激しい振動を経験する可能性がある従来の電源モジュールとは対照的です。従来のソリューションでは、5V出力が7.8Vにオーバーシュートし、電源モジュールの下流にある敏感な回路にダメージを与える可能性があります (図5参照)。

図5: 従来モジュールの出力

異常出力は開ループ制御によるものです。外部からの障害を受けると、モジュールの内部回路は閉ループレギュレーションで調整できず、出力電圧 (VOUT) を制御できません。MID06W0505A-3では、高度な絶縁フィードバック技術を用いて外部干渉をリアルタイムにフィードバックすることにより、閉ループ制御を実現しVOUTを安定化しています。

出力電圧放電

電圧調整の要件がより厳しい場合には、従来の電源モジュールは、入力電圧 (VIN) および負荷によって大きく変動する制御されていないVOUTを有します。特に、VINが最大で負荷がない場合には、VOUTは変動してかなりのレベルまで上昇します。この場合には、定格負荷の10%でダミー負荷を接続することを推奨します。

VOUTレギュレーションは、後段回路のシステム安定性に影響を与える可能性があり、その結果、比較的高い静的電力消費となる可能性があります。MID06W0505A-3は、内部閉ループ制御、安定したVOUT最小負荷要件なし、および静的な電力消費を抑えながらの安定した出力を特徴とします。

図6は、従来のモジュールのロードレギュレーションとMID06W0505A-3のロードレギュレーションを比較したものです。

図6: ロードレギュレーションの比較

図7は、従来モジュールのリニア調整率とMID06W0505A-3のリニア調整率の比較を示しています。

図7: リニア調整率の比較

MID06W0505A-3は、明らかに従来のモジュールよりも堅牢です。独自の機能と優れたパフォーマンス指標には、次のものがあります。

  • 4.5V～5.5VのVIN範囲
  • 優れた動的パフォーマンスをもつ、5Vに調整されたVOUT
  • 代表的な0.2%ロードレギュレーションおよび0.1%ラインレギュレーション
  • 最大0.6Wの定格出力 (1Wはオプション)
  • 連続短絡保護 (SCP) および過熱保護 (OTP) をサポート
  • 3KVDC絶縁電圧
  • CISPR32 ClassBのEMI試験に適合
  • IEC62368-1に準拠した認証

図8はMID06W0505A-3の代表的なアプリケーション回路を示します。

図8: MID06W0505A-3の周辺回路

結論

MPSは、安全性、電力密度、信頼性に対する高まる要求に応える絶縁型の電源モジュールの導入に取り組んでいます。本稿では、MID06W0505A-3が従来の電源モジュールの限界をどのように克服したかについて説明するとともに、磁気障害やVOUTの変動などの課題にも対応しました。これらはすべて、さまざまな信号アイソレータや産業アプリケーションに電力を供給するための重要な検討事項です。

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