シンプルでコンパクトな4出力のポイント・オブ・ロードDC/DC µModuleシステム ‒ デザインノート411 Jian YinとEddie Beville はじめに 基板アセンブリ、PCBのレイアウトおよびデジタルICの集積 化の進歩により、高密度に実装された高性能システムの新世 代が登場しています。これらのシステムの基板実装型ポイン ト・オブ・ロード(POL)DC/DC電源に対しては、他のサブシ ステムと同様のサイズ、性能および電力に関する厳しい要件 が課せられますが、これらの要求を、従来の電源モジュール やコントローラ/レギュレータICで満たすことは困難です。 LTM4601 DC/DC µModuleTMコンバータは、ソリューショ ン全体を高さの低いICのサイズにまで縮小して、これらの要 求を満たします。周波数同期と電圧トラッキングの機能を備 えているので、複数のLTM4601を多出力アプリケーション 用に簡単に素早く構成することができます。 4出力DC/DCコンバータによる電力システム 周波数同期と出力トラッキングを備えた4個のµModuleコ ンバータを使った4出力DC/DC電源の写真を図1に示しま す。4つの出力の動作波形は90°の相対位相差で相互に差 し挟まれていますので、入力電流の実効リップルが減少し ます。このため、回路のバルク容量と回路サイズが大きく 減少します。 図1の各出力の効率を図2に示します。12Vの入力電圧で は、各出力は、他の3つの出力をディスエーブルすることに より、最大12Aまでテストされます。最大92%の高い効率 により、回路基板の低損失が保証されますので、システム の高さを下げることができます。 図1の 簡 略ブロック図を図 3に 示します。詳 細 な回 路 図 に関しては、LTM4601のデータシートの22ページを参 照してくだ さい 。8 V∼16 Vの 中 位のバ ス入 力 が 4つ の 異なる出力 (1.5V/12A、1.8V/12A、2.5V/12Aおよび 3. 3V/10A) に変 換されます。出力電 圧はLTM4 6 01の VFBピンの抵抗によって設定されます。4フェーズ発振器 であるLTC69 02が 9 0 °位相をずらせたクロック信号を 発生します。さらに、LTC6902のMODピンからV + に外 部抵抗を追加することにより、拡散スペクトラム周波数変 調(SSFM)を起動することができます。 ������、 LT、 LTCおよびLTMはリニアテクノロジー社の登録商標で、 �Moduleは リニアテクノロジー社の商標です。他のすべての商標はそれぞれの所有者に 所有権があります。 95 90 cm EFFICIENCY (%) 85 80 75 70 3.3 VOUT 2.5 VOUT 1.8 VOUT 1.5 VOUT 65 60 0 2 8 6 10 4 OUTPUT CURRENT (A) 12 14 DN411 F02 図1. 4出力の103W DC/DCシステムをこの小さなスペース に収めることができる(各LTM4601 µModule DC/DCコ ンバータにはインダクタ、MOSFET、バイパス・コンデンサ などが含まれている) 03/07/411 図2. 図1の回路の各出力の効率 出力トラッキング LTM4601の出力電圧は別のコンバータの出力に比例させ て、または一致させてトラッキングすることができます。図 1の回路は、3.3Vの出力(マスタ)を他のµModuleコンバータ (スレーブ)のTRACK/SSピンに抵抗分割器を介して接続す ることにより、同時トラッキングを実現しています。同時トラ ッキングでは、 マスタの出力電圧はスレーブの出力電圧より 高くなければなりません。3.3Vマスタ電源のTRACK/SSピ ンのソフトスタート・コンデンサにより、起動電圧のランプ・ レートが設定されます。出力トラッキングを使った4つの出力 の起動波形を図4に示します。 周波数同期 回路の、位相を180° ずらせた1.8Vと3.3Vの出力の入力電流 リップルを図5に示します。図5で、3.3V出力の入力電流リッ プルはそのPLLN信号に同期しています。したがって、位相を 90° ずらせた4つの入力では、入力電流リップルが部分的に キャンセルされるので、必要な入力容量が減少します。 まとめ LTM4601の同期とトラッキングの機能により、4出力ソリ ューションの相互に差し挟まれた位相が可能になりますの で、入力容量が減少し、設計がコンパクトになります。高効 率と優れた熱性能により、11cm×11cmの4層PCBで合計 最大103Wを扱うことが可能になります。 LTM4601の動作周波数を外部クロックに同期させて望まし くない周波数の高調波を減らすことができ、また、その動作 を他のLTM4601と相互に差し挟むことができます。図1の ソフト・スタート ����� �������� ������� トラッキング �������� �������� ������� クワッド・ マルチフェーズ発振器 トラッキング �������� �������� トラッキング �������� �������� �または、 ���������を使用 ��������� 図3. コンパクトな4出力のポイント・オブ・ロードDC/DC µModuleコンバータ・ソリューションの簡略回路図。LTC6902は 4個のµModuleコンバータの動作波形を相互に差し挟むので、リップル電流は相互にキャンセルされる。これにより、必要 な入力コンデンサのサイズが大きく減少する。スタートアップとシャットダウンの電圧トラッキングは、3.3V µModule(出 力1)の出力を他のµModuleコンバータに接続するだけで簡単に実現される 3.3V 2.5V 500mV/DIV 1.8V 1.5V PLLN OF 3.3V OUTPUT 1V/DIV 50mA/DIV AT 3.3V OUTPUT INPUT CURRENT RIPPLES 20mA/DIV AT 1.8V OUTPUT 10ms/DIV 0.5µs/DIV DN411 F04 図4. 図1の回路の起動波形は出力の同時トラッキングを 示している DN411 F05 図5. 周波数同期を使って電源の動作を相互に 差し挟むことにより、入力電流リップルが減少 する データシートのダウンロード http://www.linear-tech.co.jp お問い合わせは当社または下記代理店まで(50音順) 株式会社立花エレテック 〒105-0011東京都港区芝公園2-4-1 TEL(03)5400-2529 FAX(03)3437-2696 リニアテクノロジー株式会社 株式会社トーメンエレクトロニクス 〒108-8510東京都港区港南1-8-27 TEL(03)5462-9615 FAX(03)5462-9695 102-0094 東京都千代田区紀尾井町 3-6秀和紀尾井町パークビル 8F TEL(03)5226-7291 FAX(03)5226-0268 http://www.linear-tech.co.jp 東京エレクトロンデバイス株式会社 〒224-0045横浜市都筑区東方町1 TEL(045)474-5114 FAX(045)474-7116 dn411f 0307 • PRINTED IN JAPAN LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2007