Chris Glaser

従来のフォーム ファクタと消費電力の枠内で、次世代光学モジュールのデータ レートを 2 倍にすることをお考えですか。または、マシン ビジョン システムにセンサをもう 1 個詰め込むように依頼されているのに、すでにボード面積が不足したり、消費電力が多すぎたりする状況ですか。

パワー モジュールで、前世代製品に比べてわずかな改善だけでなく、さらに優れた機能が必要な場合には、テキサス・インスツルメンツ独自の新しい磁気パッケージ (MagPack™) テクノロジーを活用すれば、電力密度、効率、放熱性能を向上できます。 産業用、エンタープライズ、通信の各アプリケーションで使いやすさと電磁干渉 (EMI) 低減を実現します。

4 つの主な利点を紹介します。

• 利点その 1：電力密度の向上とソリューション サイズの小型化

  MagPack テクノロジーは、電力密度の向上とソリューション全体の小型化に役立ちます。実際に、6A の TPSM82866A、TPSM82866C、TPSM82816 は、いずれも、市販されている他のどの 6A パワー モジュールより小さいサイズを実現しています。

  電力密度は、単位面積 (平方ミリメートル) あたりの出力電流として測定されます。2.3mm x 3mm の TPSM82866A および TPSM82866C の面積は、どちらも 6.9mm² です。したがって、面積あたりの電力密度は、およそ 1A/mm² (正確には 0.87A/mm²) になります。面積 1mm² あたり 1A 近い電流を供給するというのは、特に 0603 (インチ表記。すなわち mm 表記では 1608) の部品が基板面積 1.28mm² を占有することを考えると、非常に優れたことです 。この評価基板 (EVM) の標準的なプリント基板 (PCB) 設計は、簡単な設計ルールと大きい受動部品を使用しており、包括的な 6A 電源として 28mm² のトータル ソリューション サイズを実現しています。

  追加機能として、調整可能なソフト スタート、調整可能なスイッチング周波数、クロック同期、調整可能な制御ループ補償などが必要な場合、TPSM82816 は、もう少し大きい 2.5mm x 3mm のパッケージでこれらの機能を備えています。追加の機能には追加のピンと受動部品が必要なので、ソリューション全体のサイズは 46mm² に増加します。これでも 6A 電源としては依然として非常に小さく、0.8A/mm² の電力密度を実現します。図 1 および 図 2 に、両方のデバイスのトータル ソリューション サイズを示します。

  図 1 TPSM82866A および TPSM82866C のトータル ソリューション サイズ、28mm²
  図 2 TPSM82816 のトータル ソリューション サイズ、46mm²
• 利点その 2：高効率と優れた放熱性能

  サイズの縮小と電力密度の向上を実現したら、その次には、小型パッケージから熱を効果的に除去し、パワー モジュールの高信頼性動作を維持することが不可欠です。MagPack テクノロジーで使用されているインダクタは、DC 損失および AC 損失を低減するために、シリコン ダイにマッチングされています。これら 2 つの回路素子を、高性能で熱伝導率の高い MagPack パッケージと組み合わせることで、パワー モジュールの発熱を効率的に除去することができます。

  このシリコンでは、最適化されたインダクタとパッケージが採用され、高効率と小さい温度上昇を実現しています。図 3 に TPSM82866A の効率を示し、図 4 に安全動作領域 (SOA) を示します。このように SOA 曲線が高いため、より高い周囲温度で信頼性の高い動作を実現し、長寿命アプリケーションでディレーティングを低減できます。

  図 3 TPSM82866A は MagPack テクノロジーで高効率を実現
  図 4 TPSM82866A の SOA 曲線により非常に高い周囲温度での動作が可能
• 利点その 3：使いやすさで開発期間を短縮

  MagPack テクノロジーを採用したデバイスは、インダクタを内蔵しています。インダクタは通常、電源設計において、選定と調達が最も困難な部品です。また、そのサイズ、高さ、他の回路との干渉を考えると、PCB 上の配置と配線が非常に困難な要素の 1 つでもあります。インダクタを統合したパワー モジュールはこれらの課題を解消し、MagPack テクノロジーで使用されているインダクタはこれらの課題をさらに緩和します。MagPack テクノロジーは、高効率と優れた放熱性能を実現するほか、すべての電源設計のもう 1 つの懸案事項も緩和します。それは EMI です。

• 利点その 4：EMI を低減

  MagPack テクノロジーを採用したパワー モジュールは、シールド付きです。これは単なるシールド付きインダクタではありません。ダイ全体、インダクタ、スイッチング ノードなどすべてがシールド付きパッケージの中に収容されています。さらに、MagPack テクノロジーを採用したパワー モジュールのサイズと、パッケージ内の最適化された配線により、パワー モジュールとシステムの両方で、ノイズの多い信号をより短く、より小さくまとまった配線にすることができます。図 5 と、図 6 は、TPSM82866A で MagPack テクノロジーを使用しない場合と、使用した場合について、予備的に測定された放射エミッションを比較するものです。ピーク放射は、水平偏波で 2dB、垂直偏波で 8 dB 低減しています。

  図 5 MagPack テクノロジーを使用しない TPSM82866A の放射エミッション
  図 6 MagPack テクノロジーを使用した TPSM82866A の放射エミッション