熱バランスを備えたマルチフェーズMPQ2908A

48Vバッテリ用12V出力DC/DCコンバータ

リファレンスデザイン

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1 概要

1.1 説明

新しい車載用設計では、48Vの電源システムを採用して、車両のケーブルハーネスの重量と電力損失を削減しています。さらに、システムが高負荷に耐えなければならない場合、必要な電力が増加します。つまり、インターリーブトポロジーなど、供給可能な電力が高い電力コンバータトポロジーを使用することが極めて重要です。このトポロジーを使用する場合、通常、熱分布を最適化してMOSFETの劣化を均等化し、基板の部品の過熱を避ける必要があります。すぐれたレイアウトは、これらの熱的制約に役立つだけでなく、すべてのコンバータ間で負荷電流を均等に分配することにより、両方のコントローラ間で良好なカレントシェアリングを促進するのに役立ちます。両相に同じ電流を流し、対称なレイアウトを作ることで、MOSFETの温度上昇が等しくなり、同じ速度で劣化します。

このリファレンスデザインでは、最大20Aの出力負荷を供給でき、48Vから12Vへ変換するインターリーブコンバータを紹介します。両方のコントローラ間のカレントシェアリングを向上するために、熱バランス回路が実装し、周波数拡散スペクトル (FSS) 変調器を追加してEMCが低減されます。

1.2 機能

4V〜60Vの広い動作入力範囲
デュアルNチャネルMOSFETドライバ
過熱状態に対して±1.5%精度の
0.8Vの基準電圧
低ドロップアウト動作 : 99.5%で最大のデューティサイクル
100kHz～1000kHzのスイッチング周波数
180°位相が異なるSYNCOピン
設定可能なソフトスタート (SS)
パワーグッド (PG) 出力電圧 (VOUT) モニタリング
選択可能なサイクルごとの電流制限
出力過電圧保護 (OVP)
過電流保護 (OCP)
外部逆極性保護 (RPP)
外部入力OVP
強制連続導通モード (CCM)
外部周波数スペクトラム拡散 (FSS) 変調
位相熱バランス可能
TSSOP20-EPおよびQFN-20 (3mm x 4mm) パッケージで提供
ウェッタブルフランクパッケージで提供
AEC-Q100 グレード1準拠

図1 : EVQ2908A_48V_L_02AA

1.3 アプリケーション

車載用および産業用電源システム

2 リファレンスデザイン

2.1 ブロック図

図2は、 リファレンスデザインのブロック図です。MPQ2908Aは、48Vの公称入力、12V/20Aの出力能力、入力EMIフィルタ、逆極性保護 (RPP)、過電圧保護 (OVP)、2相のインターリービング、周波数拡散スペクトラム (FSS) 変調、および位相熱バランスを備えた降圧コンバータです。

図2 : 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。

表1 : MPSソリューション

MPSの集積回路	概要
MPQ2908A	4V～60V入力、電流モード、同期整流式ステップダウンコントローラ、AEC-Q100認定

2.3 システム仕様

表2 : システム仕様

パラメータ	仕様
入力電圧 (V_IN) 範囲	24V_DC〜60V_DC
出力電圧 (V_OUT)	12V_DC
最大出力電流 (I_OUT)	20A (12V出力時)
スイッチング周波数 (f_SW)	225kHz
ボードのフォームファクタ	150mm x 100mm
ピーク効率	95.83% (13A負荷、48V入力)
12V出力リップル	22mV_PP

2.4 回路図

図3 : 回路図 (ページ1)

図4 : 回路図 (ページ2)

図5 : 回路図 (ページ3))

図6 : 回路図 (ページ4)

2.5 BOM

表3 : 部品表

数量	参照	値	概要	パッケージ	メーカー	メーカーPN
3	C1、C33、C51	1µF、100V	10%、X7S、MLCC	0805	Murata	GCM21BC72A105KE36L
1	C2	22nF、100V	5%、X7R、MLCC	1206	Kemet	C1206C223J1RACTU
3	C3、C17、C18	2.2µF、100V	10%、X7S、MLCC	1206	Murata	GCM31CC72A225KE02L
6	C4、C5、C14、C25、C34、C52	100nF、100V	10%、X7R、MLCC	0603	Murata	GCJ188R72A104KA01D
4	C10、C11、C21、C22	10µF、100V	10%、X7S、MLCC	2210	TDK	CGA9N3X7S2A106K230KE
2	C15、C16	47µF、80V	アルミ電解コンデンサ	10mm x 10mm	パナソニック	EEE-FN1K470UV
2	C19、C20	4.7µF、100V	10%、X7S、MLCC	1210	Murata	GCM32DC72A475KE02L
1	C26	1µF、16V	10%、X7R、MLCC	0603	Murata	GCM188R71C105KA64J
1	C27	6.8nF、16V	10%、X7R、MLCC	0603	Vishay Vitramon	VJ0603Y682KXJCW1BC
2	C28、C29	100nF、25V	10%、X7R、MLCC	0603	Kemet	C0603C104K3RAC7013
1	C31	47µF、6.3V	20%、X5R、MLCC	0603	Taiyo Yuden	JMK107BBJ476MA-RE
2	C35、C53	220nF、16V	10%、X7R、MLCC	0603	Kemet	C0603X224K4RACTU
4	C36、C38、C54、C56	4.7µF、16V	10%、X5R、MLCC	0603	TDK	C1608X5R1C475K080AC
4	C37、C44、C45、C46	22µF、25V	10%、X5R、MLCC	1210	Kemet	C1210C226K3PACTU
2	C42、C58	10nF、16V	5%、X7R、MLCC	0603	Kemet	C0603C103J4RACTU
1	C43	4.7nF、16V	10%、X7R、MLCC	0603	Kemet	C0603C472K4RACTU
2	C47、C48	100µF、25V	アルミ電解コンデンサ	10mm x 10mm	パナソニック	EEE-FN1E101UV
6	D1、D3、D4、D5、D7、D9	200V、0.25A	汎用ダイオード、V_BREAK = 200V	SOD-323	Nexperia	BAS321,115
1	D2	10V、5mA	ツェナーダイオード	SOD-523	オン・セミコンダクター	SZMM5Z10VT5G
1	D6	65V、50nA	ツェナーダイオード	SOT-23	オン・セミコンダクター	SZBZX84C62LT1G
2	D8、D10	150V、1A	ショットキー整流ダイオード	SOD-123FL	Rohm	RB168MM150TFTR
4	J1、J2、J3、J4	M3、50A	M3スルーホール端子	7mm x 7mm	Wurth	74650073R
2	L2、L3	2.2µH、8A	固定インダクタ	7030	Eaton Bussmann	HCMA0703-2R2-R
2	L6、L7	6.8µH、11.6A	固定インダクタ	13mm x 12.5mm	TDK	SPM12565VT-6R8M-D
2	Q1、Q2	80V	Nチャネル、I_D = 123A、V_DSBREAK = 80V	SOIC-8	オン・セミコンダクター	NVMFS6H818NT1G
1	Q3	NPN	NPN BJT	SOT-23-3	Nexperia	BC846215
4	Q4、Q5、Q6、Q7	80V	Nチャネル、I_D = 60A, V_DSBREAK = 80V	SO-8L	Vishay Siliconix	SQJA82EP-T1_GE3
8	R1、R6、R12、R13、R15、R16、R21、R26	1kΩ, 5%	厚膜抵抗	0603	Yageo	RC0603JR-131KL
1	R2	1mΩ、2%	電流検出抵抗	1530	Ohmite	FC4L76R001GER
1	R3	5.1kΩ、1%	厚膜抵抗	0603	Yageo	RC0603FR-075K1L
4	R4、R39、R43、R61	100kΩ, 5%	厚膜抵抗	0603	Vishay	CRCW0603100KFKEBC
2	R5、R7	20kΩ、1%	厚膜抵抗	0603	Yageo	RC0603FR-1320KL
1	R19	1MΩ、1%	厚膜抵抗	0603	Yageo	RC0603FR-071ML
2	R20、R35	10kΩ、1%	厚膜抵抗	0603	Rohm	ESR03EZPF1002
1	R28	11kΩ、5%	厚膜抵抗	0603	パナソニック	ERJ-3GEYJ113V
2	R29、R30	10kΩ、0.5%	NTCサーミスタ	0603	TDK	NTCG163JX103DTDS
1	R31	510kΩ、1%	厚膜抵抗	0603	Yageo	AC0603FR-07510KL
19	R32、R36、R38、R40、R44、R46、R48、R49、R50、R52、R56、R58、R62、R63、R65、R67、R68、R74、R77	0Ω	厚膜抵抗	0603	Vishay Dale	CRCW06030000Z0EAHP
1	R34	33kΩ、1%	厚膜抵抗	0603	Yageo	RC0603FR-0733KL
1	R41	5.6kΩ、5%	厚膜抵抗	0603	Vishay Dale	CRCW06035K60JNEB
2	R42、R60	4mΩ、1%	電流検出抵抗	2512	Susumu	KRL6432E-C-R004-F-T1
2	R47、R66	88.7kΩ、1%	厚膜抵抗	0603	パナソニック	ERJ-3EKF8872V
1	R51	10Ω、5%	厚膜抵抗	0603	Yageo	RC0603JR-0710RL
1	R53	169kΩ、1%	厚膜抵抗	0603	Panasonic	ERJ-3EKF1693V
1	R54	12kΩ、1%	厚膜抵抗	0603	Panasonic	ERJ-1GNF1202C
1	R57	8.66kΩ、1%	厚膜抵抗	0603	Panasonic	ERJ-3EKF8661V
1	U2	2V〜50V	555 timer	SOIC-8	TI	TLC555QDRQ1
1	U3	150kHz、130dB	レールツーレールオペアンプ	TSOT-23	Analog Devices	LTC2054IS5#TRMPBF
2	U4、U5	MPQ2908A	降圧スイッチング電力コンバータ	QFN-20 (3mm x 4mm)	MPS	MPQ2908AGLE-AEC1