Texas Instruments (TI) Inc. は、業界最小かつ最も正確な 1.5 W 絶縁型 DC/DC バイアス電源を主張しています モジュール 統合されたトランスを備えています。 UCC1.5-Q105 は、周囲温度 14240°C で 1 W 以上を供給することで、電圧 DC/DC モジュールは絶縁ゲート バイポーラ トランジスタに電力を供給できます (IGBTs) だけでなく、炭化ケイ素 (SiC) や窒化ガリウム (GaN) も高周波でスイッチします。
トランスを一体化することで、 ICにより、電源システムの小型化、軽量化、高さの低減が可能になります。 UCC14240-Q1 は独自の統合トランスを使用しています テクノロジー TI によれば、これにより電源ソリューションが 50% 縮小される可能性があります。 これは、電気自動車 (EV) やハイブリッド EV パワートレイン システム、モーター駆動システム、系統接続インバーターなどの高電圧環境アプリケーションのコスト削減にもつながります。
（出典：Texas Instruments）
TIのシステムエンジニアリングマーケティング部門自動車システム担当ディレクターのライアン・マナック氏は、バーチャルプレゼンテーションで、TIの製品はコスト削減とEVの航続距離の向上という課題に取り組んでおり、いくつかの異なる方法でそれを実現していると述べた。 「私たちは、製品レベルとシステムレベルで可能な限り統合しようとしています。そこでは、パワートレインシステムを、オンボード充電器やトラクションインバーターを備えたツーインワンおよびスリーインワンタイプのシステムに統合できる技術があります。」 、DC-DCコンバーターなど」と彼は言いました。
これにより、顧客はコストを削減し、設計を簡素化し、機能安全コンプライアンスを合理化してより迅速に市場に投入し、これらのシステムの信頼性を全体的に向上させることができるとマナック氏は述べています。 「この統合により、航続距離を延長し、（EVの）効率を高めることもできます。」
TI の目標の XNUMX つは、コンポーネントを含む電源ソリューションの部品数を、アーキテクチャおよびシステム レベルで削減することです。 これにより設計が簡素化され、自動車内に設置する必要がある電子ボックスの数が減り、統合が容易になるとマナック氏は述べています。
「それを行う一方で、98% のシステム効率を達成し、顧客が 99% の効率を目指して努力し、損失を減らし、熱を減らし、より効率的に動作し、より高い周波数で動作し、磁気のサイズを縮小できるようにするにはどうすればよいでしょうか。最終的には、この統合を通じてシステムの信頼性が向上し、熱パフォーマンスが最適化されます。」と彼は付け加えました。
バイアス電源アーキテクチャ
EV で使用される従来のバイアス電源アーキテクチャでは、XNUMX つのトランスと XNUMX つのバイアス コントローラーを使用して、すべてのゲート ドライバーのバイアス電圧を生成します。 現在、顧客は安全性への懸念とスペースと重量の節約の必要性から、冗長性と信頼性に関する利点を活用するために分散アーキテクチャ システムに移行しています。
マナック氏は、「問題は、『システム内の分離されたゲートドライバにどのようにバイアスをかけるか』だ」と述べた。
「バイアスとは、実際には、周波数を高め、サイズを縮小するために、IGBT や SiC スイッチ、さらには高電圧側の GaN スイッチを駆動するために、これらの絶縁型ゲート ドライバの XNUMX 次側に電力を供給する方法を意味します。」と Manack 氏は述べています。 「従来のシステムでは、XNUMX つのトランスを使用してこれらすべてのゲート ドライバにバイアスをかけることができる可能性がありますが、冗長性が重要であり、サイズと重量が小さいことが重要な車載システムでは、すべてのゲートが絶縁された分散電源アーキテクチャに移行する顧客が増えています。ドライバーには専用のバイアス電源があります。」
そのため、XNUMXつのバイアス電源に障害が発生しても、他のバイアス電源はペアのゲートドライバとともに動作し続けるため、路上での車両の安全性が向上するとTIは述べています。
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UCC14240-Q1 は、エンジニアが分散アーキテクチャを活用できるように設計されています。 デュアル出力電源モジュールは、従来のバイアス電源の 60 倍である XNUMX% の効率を実現し、電力密度を XNUMX 倍にし、車両の航続距離の延長に貢献すると TI は述べています。
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12.8 × 10.3 mm、高さ 3.55 mm の小さな設置面積を備えた UCC14240-Q1 により、設計者は電源ソリューションの面積を最大 50% 削減でき、半分のサイズでより多くの電力を供給できます。 これにより、自動車メーカーは最高の電力密度と 98% のシステム効率を達成できるようになります。 高さの低減のもう XNUMX つの利点は、プリント基板 (PCB) のどちらの側にもモジュールを配置できる柔軟性であることです。
TI は、ソリューション全体のサイズを縮小することを意味する電力密度に重点を置いており、「文字通り常に目立っていたコンポーネントの XNUMX つは、絶縁されたゲート ドライバのバイアス電源として使用されるトランスでした」と副社長の Steve Lambouses 氏は述べています。 TI の高電圧電力担当社長兼ゼネラルマネージャー。
TI は独自の技術によりトランスを UCC14240-Q1 に統合しました。これは、業界が分散アーキテクチャに向かって進んでいる中、非常にタイムリーだとランブース氏は述べています。 統合されたトランスは、3,000 VRMS 絶縁の従来の電源トランスを使用する従来のフライバックまたはプッシュプル アーキテクチャと比較して、広い温度範囲にわたって電力供給を提供し、2,000 VRMS 絶縁を維持すると同氏は述べています。
[12050 年に発売された TI の UCC2020 絶縁型 DC/DC バイアス電源は、統合トランス技術を使用した TI の最初の IC です。]
UCC14240-Q1は、独自のトランス技術を使用して部品表を26デバイスから10デバイスに削減し、また業界最小かつ最も正確である。これは、より高速なSiCおよびGaNスイッチを備えているため重要でもある、と同氏は付け加えた。
UCC14240-Q1 は、電源ソリューションに多くの外部コンポーネントを統合することに加えて、より小型のパッケージで高周波スイッチングを可能にします。
IC サイズのパッケージでの絶縁型電力伝送: 高さ 11 mm の大型トランスを備えたレガシー プッシュプル アーキテクチャ (左) と、高さ 14240 mm のパッケージにトランスを統合した UCC1-Q3.55 (右)。 (出典: テキサス・インスツルメンツ)
14240 つの大きなトランスを備えた従来のフライバックまたはプッシュプル アーキテクチャから UCC1-QXNUMX を備えた分散アーキテクチャに移行することで、拡張性や、EMI を低減するソフト スイッチ テクノロジを使用できる機能などの利点が得られると Lambouses 氏は述べています。
UCC3.5-Q14240 の 1pf の一次対二次間の静電容量により、チップ外部のまったく異なる制御アルゴリズムとソフトスイッチング制御方式への移行が実際に可能になると同氏は述べています。 UCC14240-Q1 は、高速スイッチングによって引き起こされる EMI を軽減し、150 V/ns を超えるコモンモード過渡現象耐性 (CMTI) 性能を達成できます。
また、DC/DC モジュールは、ソフト スイッチング、スペクトラム拡散変調、シールド、低寄生などの機能により、国際摂動無線電力委員会 (CISPR) 25 および CISPR 32 の電磁両立性規格への準拠を容易にします。
UCC14240-Q1 には、-1.0°C ～ 40°C の温度範囲にわたって ±150% の精度を備えた統合閉ループ制御も備えています。 このデバイスの厳しい耐性により、より小型の電源スイッチの使用が可能になると同時に、過電流保護も向上すると TI は述べています。
Lambouses氏によると、このデバイスにより、従来、非常に高い精度を達成するためにフライバックやプッシュプルシステムで使用されていた外部フォトカプラが不要になるという。 これにより、設計におけるフォトカプラの信頼性と温度制限も解消されると同氏は述べた。
マナック氏によると、1%の規制精度はIGBTにとっては素晴らしいものだという。 「しかし、ゲート感度が高く、ゲート電圧の関数としてRDS(on)の変動が大きいワイドバンドギャップデバイス（SiCやGaN）にとっては、これは重要です。」
UCC14240-Q1 には、障害監視や過電流、過電力、過熱保護などのオンチップ保護機能が含まれています。 サードパーティ認定の 3 kVrms 絶縁を提供し、超軽量で高さ 3.55 mm であるため、業界最高の耐振動性を実現するといわれています。
UCC14240-Q1 は、36 ピン、12.8 × 10.3 × 3.55 mm のシュリンク スモール アウトライン パッケージで、TI から量産開始前に入手可能です。 価格は 4.20 個の場合で $1,000 からです。 評価ボード UCC14240Q1EVM-052 は、TI.com で 59 ドルで入手できます。
TI は、TI Live! で UCC14240-Q1 のデモを行っています。 Tech Exchange 仮想イベント、27 年 29 月 2021 ～ XNUMX 日。
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