SilentSwitcher採用、低EMIの1.2AμModuleレギュレータを4mm×4mm×1.92mmBGAパッケージに収容

デザイン・ノート | Share on Twitter | Share on LinkedIn | Email Silent Switcher採用、 低EMIの1.2A µModuleレギュレータを 4mm × 4mm × 1.92mm BGAパッケージに収容 Austin Luan Analog Devices, Inc. はじめに 内蔵コントローラのピーク電流モード制御アーキテクチャは、 高速の過渡応答と優れたループ安定性を実現します。図3に、 高性能DC/DC POLコンバータのアプリケーション・ボードは配 出力電圧の高速過渡応答と低ピークtoピーク電圧変動を示しま 線密度が高く、ほとんど隙間がありません。また部品密度が す。 高くなると、電磁場干渉（EMI）が大きな問題となるため、使 用できる電源ソリューションの範囲も狭まります。LTM8074 種々の出力コンデンサを使用する幅広い動作条件下で十分な安 µModule®レギュレータを使用すれば、このような制約条件を 定性マージンが確保できるよう最適化された、帰還ループ補償 容易に満たすことができます。このデバイスは小型でPCB上面 を備えているため、設計が簡素化されます。LTM8074は放射妨 の限られたスペースに収まる上、薄型のため、PCBの裏面に実 害波を最小限に抑えるSilent Switcherアーキテクチャを採用して 装することが可能です。LTM8074はSilent Switcher®（サイレン おり、厳しい電磁両立性基準を容易に満たすことができます。 ト・スイッチャ）アーキテクチャを特長としており、フィルタや シールド部品を追加することなく厳しいEMIテストに合格でき るため、設計および製造プロセスを簡素化できます。 1.2A Silent Switcher µModuleレギュレータ LTM8074は、超低EMIで高電圧入出力のフル機能DC/DC降圧スイ ッチング電源です。コントローラ、パワー・スイッチ、インダ クタなどすべてのサポート部品が、4mm × 4mm × 1.92mmの 薄型でRoHS準拠の表面実装型BGAパッケージに収容されている ため（図1）、高電圧ポイントオブロード（POL）レギュレーション のためにPC基板底面の未使用スペースを活用できます。 このデバイスは、3.4V～40Vの入力電圧範囲、0.78V～15Vの出 図2. 室温（23℃）、全負荷（12V入力、5V出力（1A））の条件で、 力電圧範囲で動作し、出力電圧を高い精度でレギュレーション LTM8074の温度上昇はわずかです。 すると共に、1.2Aの電流を出力します。高効率で熱強化された パッケージングにより、優れた熱性能と高電力密度が可能とな っています。図2に示すように、LTM8074のケース温度の上昇 は、負荷条件下でも最小限に抑えられ、熱抵抗が低いことがわ かります。 VOUT 100 mV/div AC-Coupled Load Step 1 A/div 図1. LTM8074はSilent Switcherアーキテクチャの採用により、 50 µs/divVIN = 12 V, VOUT = 3.3 V, 小型パッケージに全機能を内蔵した低ノイズ・ソリューションを実現。 fSW = 2 MHz, IO_STEP = 0 A TO 1 A 図3. 最小の出力コンデンサ（2µF × 4.7µFセラミックス）を取り付ける ことで、LTM8074は高速過渡応答を示します（12VIN、3.3VOUT）。 analog.com/jp

2 Silent Switcher採用、低EMIの1.2A µModuleレギュレータを4mm × 4mm × 1.92mm BGAパッケージに収容 狭いスペースに収容 50 すべてのサポート部品がLTM8074の小型のフォーム・ファク Class B Peak Limits タに内蔵されているため、レイアウト設計が容易になると共に ソリューション・サイズを低減できます。設計を完了するのに 40 必要なのは、入出力コンデンサ、周波数、電圧設定抵抗のみで す。代表的なアプリケーション回路を図4に、その効率を図5に 30 示します。 20 µModule設計により、LTM8074は必要なものをほぼ完備する ドロップイン・レギュレータとなっていますが、多くの設計パ ラメータは、特定アプリケーションのニーズに合わせて容易に 10 Noise Floor 12 V Spread Spectrum 調整可能です。出力電圧と動作周波数は抵抗によりプログラ IN12 VIN Pulse Skip ム可能で、動作周波数は外部クロックと同期するよう設定で 0 0 200 400 600 800 1000 きます。また、LTM8074はパルス・スキップ・モード、Burst MHz M o d e ® 動 作 、 ス ペ ク ト ラ ム 拡 散 変 調 な ど の 様 々 な 導 通 モード・オプションをはじめ、プログラマブルなソフト・ス 図6. 12VIN、3.3VOU（T 1.2A）でのEMI性能とCISPR 22クラスBの比較 （3メートル、ピーク、垂直アンテナ、EMIフィルタなし） タート、出力電圧トラッキング、パワー・グッド・インジケ ータ、イネーブル制御などの機能を備えており、軽負荷効率と EMI性能を十分に最適化できます。 50 Class B Peak Limits VIN V 40IN LTM8074 7 V to 40 V RUN 4.7 µF 30 V VOUT OUT 5 V 10 µF 1.2 ART 20 41.2 kΩ 45.3 kΩ 1 MHz GND SYNC FB 10 Noise Floor 24 VIN Spread Spectrum 24 VIN Pulse Skip 0 図4. 7V～40V入力、5VOUT 1.2A設計に必要な最小限の部品 0 200 400 600 800 1000 MHz 超低ノイズ：CISPR 22クラスB 図7. 24VIN、3.3VOU（T 1.2A）でのEMI性能とCISPR 22クラスBの比較 スイッチング・レギュレータには、比較的高い周波数で高いdI/ （3メートル、ピーク、垂直アンテナ、EMIフィルタなし） dtの動作を行う必要があるため、放射EMIを生成する性質があ まとめ ります。LTM8074の低EMI性能は、スイッチング周波数を下げ る、フィルタ回路を追加する、遮蔽を設ける、といった煩わし LTM8074は、広い範囲の入出力電圧をカバーする、出力電流 いEMI低減手法に頼るのではなく、独自のSilent Switcherアーキ 1.2Aのコンパクトなポイントオブロード（POL）µModuleレギュ テクチャを組み込んだ結果実現したものです。図6および図7に レータです。Silent Switcherアーキテクチャを採用し、低EMI性 示すように、CISPR 22クラスBなどの放射EMI基準を満たすため 能と設計しやすい調整機能を備えているため、ポータブル・デ の外部回路や特別なレイアウト手法は不要です。 バイスから密に実装された工業用ボードまで、広範なアプリケ ーションの条件を満たします。 90 85 12 VIN 3.3 VOUT 80 75 70 65 60 Burst Mode Operation Pulse-Skip 55 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Output Current (A) 図5. LTM8074の代表的な効率 Efficiency (%) Peak Radiated EMI (dBµV/m) Peak Radiated EMI (dBµV/m)

著者について オンライン・ Austin Luan サポート・ アナログ・デバイセズのPower by Linear製品グループに コミュニティ 属するパワー製品のプロダクト・アプリケーション・エ 当社のオンライン・サポート・コミュニティで、アナ ンジニア。µModuleレギュレータおよびパワー・マネー ログ・デバイセズの技術専門家と連携することができ ジメント・コントローラに関し、顧客とフィールド・ア ます。設計上の難問について問い合わせたり、FAQ を プリケーション・エンジニアのサポートを担当。サンル 参照したり、話し合いに参加することができます。 イスオビスポのカリフォルニア州立ポリテクニック大学 で学士号と修士号を取得。 ez.analog.com 連絡先： austin.luan@analog.com ＊英語版技術記事はこちらよりご覧いただけます。 本　　　　社 〒105-6891 東京都港区海岸1-16-1　ニューピア竹芝サウスタワービル10F 大阪営業所 〒532-0003 大阪府大阪市淀川区宮原3-5-36　新大阪トラストタワー10F 名古屋営業所 〒451-6040 愛知県名古屋市西区牛島町6-1　名古屋ルーセントタワー38F ©2019 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 本紙記載の商標および登録商標は、 各社の所有に属します。 Ahead of What’s Possible は アナログ・デバイセズの商標です。 www.analog.com/jp DN20923-0-10/18