統合の革新

最高の電力密度を達成するための最後の要因は、統合です。高いコスト効率での統合は、寄生成分の低減、部品点数 (BOM) の減少、効率の向上、スペースの節約に貢献します。統合は、パワー・マネージメントの複数の側面に適用できます。該当するのは、単一の IC へのより多くの電気回路の搭載、単一パッケージへのより多くの部品の追加、または他の物理的な手段や機械的な手段を通じた、電源ソリューションへのより多くの機能の搭載です。この分野でのテクノロジーの先進性の例として、GaN FET を統合したドライバ、重要なループ・インダクタンス低減を目的としたコンデンサ統合、複数の受動部品の 3D 積層を挙げることができます。

ゲート・ドライバにスイッチング・パワー FET を統合すると、多くの利点を実現できます。スイッチング・ゲート・ドライブのループ・インダクタンスが低下することで、スイッチング速度の上昇、動作の信頼性向上、部品点数の減少につながります。特に GaN FET は、この統合によって大きなメリットを得られます。LMG3522R030-Q1 のようなデバイスは、過電流保護、過熱保護、監視などの付加的な機能を搭載しています (図 22 を参照)。この統合を通じて、パワー・マネージメント・ソリューションを大幅に簡素化し、GaN の採用によって達成可能なすべての利点を実現することができます。

統合の別の活用法は、IC パッケージ内への受動部品の搭載です。高周波のデカップリング・コンデンサの統合は、図 23 に示すように、LMQ61460-Q1 が採用している手法の 1 つです。これらのコンデンサを統合すると、重要なループの寄生インダクタンスの低減によって効率が向上するほか、EMI を低減できます。また、この電源ソリューションは、システムの信頼性を犠牲にせず、熱的制限を上回らずにスイッチング回数を増やすことができるので、EMI フィルタリングの強化なしでのスイッチング周波数の向上とソリューション・サイズの縮小につながります。UCC14240 は、磁気部品の統合を活用し、外部トランスを使用せずに絶縁型バイアス電源を供給します。このアプローチで、サイズの縮小、複雑さの緩和、EMI の低減を実現できます。

統合の最後の例は、複数の部品の 3D 積層です。受動部品を内蔵したパワー・モジュールは、高い頻度でこの手法を採用しています。図 24 は、例として TPS82671 を使用しています。このデバイスは、ラミネート・サブストレート内に電源 IC を埋め込み、その上に 1 個のインダクタと複数の入出力コンデンサを配置しています。この非常に小さいソリューションは、外部部品を必要としません。シンプルな統合コンセプトで目覚ましい成果を達成することができ、PCB 面積の節減と電源ソリューションの簡素化に貢献します。