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內建MOSFET的高效率AC/DC轉換器IC BM2Pxxx系列

為解決課題而研發的IC

內建ROHM獨有超接合面MOSFET的
高效率AC/DC轉換器IC BM2Pxxx系列 -其2-

Keyword
  • 效率改善
  • 小型化
  • 待機時
  • 輕負載時
  • 超接合面MOSFET
  • SOP8
  • 保護功能

-那麼,請介紹一下以解決現有AC/DC轉換器的課題“效率改善與小型化”為目的而研發的BM2Pxxx系列,是什麼樣的IC?

BM2Pxxx系列是基本上可以構建最高25W的隔離型返馳式AC/DC轉換器的IC,也支援非隔離型。右圖是IC內部電路方塊圖與週邊電路例。控制為電流模式PWM。最大的特點就是內建輸出功率電晶體,積成了作為電源電路所需的幾乎所有保護功能。為了便於詳細說明,我匯總了其特點和優點,我用這個匯總表來介紹。內容有點繁瑣,但裡面幾乎包含了BM2Pxxx系列的所有特點。

BM2Pxxx系列的特點和優點

・內建ROHM獨有的650V超接合面MOSFET 高效率和小型化
・電流模式PWM控制、逐週期過電流限制功能 提高負載瞬態回應的速度
・開關頻率 65kHz 開關損耗與週邊元件尺寸的良好平衡
・低工作電流 500~950μA(typ. 因機型而異) 低功耗
・BURST工作電流 400μA(typ. 通用) 防止輕負載時、待機時的效率下降
・輕負載時BURST工作 防止輕負載時、待機時的效率下降
・內建650V啟動電路 軽降低輕負載時、待機時功耗,高速啟動
・VCC引腳低電壓保護及過電壓保護 輸出電壓的過電壓保護、其他外接元件開路保護
・SOURCE引腳開路保護及短路保護 防止內建MOSFET的損壞。短路保護為ROHM獨有
・Brown Out(BR)功能 AC電壓下降保護
・二次側過電流保護電路 過負載保護
・緩啟動 高效率和小型化
・不僅有DIP7包裝,還有小型表面安裝SOP8包裝 使小型化、小功率的產品更加小型
・共24種機型的產品陣容 使設計靈活性更高

這些功能和特點是以1)高效率、2)低功耗、3)待機功耗小、4) 有助於小型化 為目的的。

-這四點應該與前面提到的AC/DC轉換器的課題有直接關係,請按順序介紹一下關鍵要點。

關於第一點的高效率,內建的輸出電晶體為ROHM獨有的超接合面MOSFET(以下簡稱“SJ MOSFET”),這是關鍵要點。在效率方面,與通用MOSFET相比啟動電阻大幅度降低,可實現高速開關,因此導通損耗和開關損耗顯著改善。開關頻率與開關損耗有關。高速開關的話就可以使用小型的週邊元件,但效率會降低,因此採取兩者平衡的設定。

實際上,採用SJ MOSFET也是與小型化相對的核心要點,我將另行詳細介紹。

-關於第二點的低功耗呢?

第二點結合第三點的待機時功耗一起介紹。BM2Pxxx系列工作時的自身消耗電流因機型而異,基本為500μA~950μA(typ),作為輸出電晶體內建型AC/DC轉換器用的IC,已經控制在相當低的水平。

-聽說有24種機型,這種工作電流的差異與什麼有關係呢?

這是自身消耗的部分,當然會和效率有關。BURST時,這是輕負載時和待機時的工作模式,此時的工作電流為400μA(typ),是與機型沒有關係的。負載電流大時的效率對輸出電晶體損耗的影響大,包括待機時的輕負載時,這種自身消耗部分對效率起著支配性作用。

換句話說,低功耗就是在整個負載範圍高效率,即能否低損耗工作,而且其中待機時、輕負載時保持正常的工作電流不變的話,效率會明顯降低,所以需要想辦法降低輕負載時的工作電流。

-具體是指哪個功能呢?

就是指在輕負載時BURST工作”這個專案。簡單來說,BURST工作在輕負載時停止工作,僅在需要負載電流時工作。以此來降低工作電流。

-那麼,最後是小型化。

小型化上從兩個方面來處理。一是減小IC自身尺寸,另外一個是包括週邊元件在內減小電路整體的面積。

-IC包裝DIP7是覆蓋到25W吧?另外還有給人以更小巧印象的更加小型的表面安裝型SOP8包裝對吧。

是的。SOP8是覆蓋到8W的包裝,其他公司的產品在這個輸出功率範圍都是DIP7或DIP8包裝。我想這有幾個原因。包括可覆蓋8W的輸出電晶體與控制、保護電路在內的晶片可能無法完全容納在SOP8包裝中。而BM2Pxxx系列搭載ROHM獨有的SJ MOSFET。單位尺寸的啟動電阻低,對應同樣功率的話,可以減小晶片尺寸。利用這方面的優勢,實現了SOP8包裝的產品產品一覽。

-實際上SOP8會小巧到什麼程度呢?

IC所需要的安裝面積縮減了47%,接近一半。

-另外關於週邊元件採取什麼方法呢?

就是通過提高對IC的積集度,來減少外接元件數量;控制方面通過提高開關頻率從而實現可使用小型外接元件。

首先,內建輸出電晶體,故減少相應的1個元件。其次,搭載了電源所需的幾乎所有的保護功能,所以基本不需要保護用的電路和元件。如果在外接電路上構建BM2Pxxx系列所具備的全部保護功能的話,電阻、電容不用說,放大器、比較器等就需要相當數量的元件和面積,有些功能可能還無法實現吧。想想設計所花費的精力和時間,是非常不容易的。

關於開關頻率,採用開關損耗小、可高速開關的SJ MOSFET,既可保持效率還可設定比較快的開關頻率。由此,變壓器、輸出電容可以使用更小型的產品。

-明白了。這樣的話,可以說內建SJMOSFET真是對解決課題做出了重大貢獻呢。

的確如此。當然不止這些,整體上除了處理高電壓外,具有與最新的DC/DC轉換器同樣的低功耗、搭載保護電路、以及具備高速瞬態回應性能等方面也是作為AC/DC轉換器的重大進步。

BM2Pxxx系列設計採購支援

內建ROHM獨有超級結MOSFET的高效率AC/DC轉換器IC BM2Pxxx系列
-其1-

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