MPQ3910Aリファレンスデザイン - LiDARアプリケーションのAPD用高電圧昇圧

リファレンスデザイン

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1. 概要

1.1 説明

自動運転車は以前から話題になっていましたが、今では現実のものとなりつつあります。高度な自律性を可能にするために、車両は、周囲を検出するための組み合わせ手法 (カメラ、レーダー、およびLiDAR) を使用しています。

LiDARは幅広いデバイスです。レーダーと同じように機能しますが、RF波の代わりに光波を使用します。レーザーダイオードが光パルスを放出し、高度なフォトダイオード (APD) が反射を検知して、飛行時間や反射物体までの距離を決定します。

これらのタイプのフォトダイオードは、そのサイズに応じて最大300Vが必要なため、LiDARシステムに関する重要な設計上の課題は、APDセンサにバイアスをかけるための適切な高電圧電源を提供することです。電源はコスト・パフォーマンスにすぐれ、車載用のEMC規制に準拠している必要があります。

このリファレンスデザインでは、MPQ3910Aを使用して、DCMで動作する昇圧コンバータを制御します。この設計により、非常に高いデューティサイクルによるLiDARの制限を克服するために、費用対効果が高く、スペースを節約する部品が可能になります。昇圧された電圧は、より低い電圧定格の半導体を使用しながら、350V以上の出力能力を実現するチャージポンプを通じて効果的に2倍になります。これらの半導体は、高電圧のものよりも小型で安価であり、性能もすぐれています。

1.2 機能

CISPR-25 Class5準拠
5V〜35Vの広い動作入力範囲
12V/1A対応のシングルNチャネルMOSFETゲートドライバ
設定可能な30kHz〜400kHzの周波数
外部80kHz～400kHz同期クロック
設定可能なソフトスタート (SS)
過電流保護 (OCP)
出力過電圧保護 (OVP)
短絡保護 (SCP)
外部電源オプション付き内部 LDO
軽負荷時のパルススキップ動作
MSOP-10パッケージで提供
AEC-Q100認定

図1 : 評価ボード

1.3 アプリケーション

車載用LiDAR用APD電源

2 リファレンスデザイン

2.1 簡略化された回路図

MPQ3910Aは、定格入力12V、出力300V/15mA、EMIフィルタ、極性保護を備えた昇圧コンバータです。図2は、MPQ3910Aのブロック図です。

図2 : MPQ3910Aブロック図

2.2 関連ソリューション

このリファレンスデザインは、次のMPSソリューションに基づいています。

MPSの集積回路	概要
MPQ3910A	5V～35V入力、ピーク電流モード、非同期昇圧コントローラ、AEC-Q100認定

2.3 システム仕様

パラメータ	仕様
入力電圧範囲	3V_DC〜35V_DC
出力電圧	300V_DC
最大出力電流	15mA
スイッチング周波数	375kHz
ボードのフォームファクタ	89mm x 63mm x 5mm
ピーク効率	83%
300V出力リップル	200mV_P-P

3 設計

3.1 回路図

図3 : 回路図

3.2 BOM

識別子	数量	値	パッケージ	メーカー	メーカーP/N
C1、C3、C16	3	0.1µF、250V	0805	TDK	CGA4J3X7T2E104K125AE
C2、C4	2	0.47µF、250V	1812	Murata	GCJ43DR72E474KXJ1L
C5	1	15nF、50V	0603	Murata	GCM188R72A153KA37D
C6、C8、C9	3	4.7µF、50V	0805	TDK	CGA4J3X5R1H475M125AB
C7	1	47µF、50V	6x6	Panasonic	EEE-FT1H470AP
C10	1	0.47µF、450V	1812	TDK	C4532X7T2W474M230KE
C11	1	1µF、50V	0805	Murata	GCM21BR71H105KA03L
C12	1	4.7µF、25V	0805	TDK	CGA4J1X7R1E475K125AC
C13	1	0.47µF、16V	0603	Murata	GCM188R71C474KA55D
C15	1	6.8nF、16V	0603	Murata	GCM188R72A682KA37D
D1、D2、D3	3	BAS21	SOD-323	Rohm	BAS21VMFHTE-17
D4	1	NRVTS245ESFT3G	SOD-123	ON Semiconductor	NRVTS245ESFT3G
D5	1	SMBJ30CA-E3/52	SMB	Comchip	ATV06B240JB-HF
D6	1	PMEG6010CEJ	SOD-323	Nexperia	PMEG6010CEJ,115
L1	1	12µH、1.75A	6235	Coilcraft	LPS6235-123MRB
L2	1	4.7µH、0.6A	0805	Murata	LQM21PZ4R7NGRD
L3、L4	2	1µH、1.3A	0805	Murata	LQM21PZ1R0NGRD
Q1	1	SQJ454EP	SO-8FL	Vishay	SQJ454EP-T1_GE3
R1、R3、R13	3	0Ω、5%	0603	Vishay Dale	CRCW06030000Z0EB
R2、R7、R8、R9、R10	5	100kΩ、1%	0603	Vishay	CRCW0603100KFKEA
R4	1	6.2kΩ、1%	0603	Panasonic	ERJ-3EKF6201V
R5	1	50mΩ、1%	1206	Panasonic	ERJ-8CWFR050V
R6	1	7.5kΩ、5%	0603	Vishay	CRCW06037K50FKEA
R11	1	82kΩ、1%	0603	Vishay	CRCW060382K0FKEA
R12	1	2kΩ、1%	0603	Vishay	CRCW06032K00FKEA
U1	1	MPQ3910	MSOP-10	MPS	MPQ3910GK-AEC1