スマート家電で求められる高効率スタンバイを実現する方法

NCP1067xは固定周波数モードで動作しますが、負荷が低下すると電力削減のために自動的にスタンバイモードに移行し、スキップサイクル動作を使用します。このデバイスには、トランスの補助巻線を必要としない自己供給型の設計が採用されていますが、補助巻線が利用可能な場合は、これを使用してオートリカバリ過電圧保護機能を有効にすることができます。また、出力の短絡保護からのオートリカバリも、時間ベース検出によって実装されています。

さらに独自のVery High Voltage(高電圧)技術により、R_DS(on)が12Ωと低い700VのパワーMOSFETを内蔵しています。AC230Vに接続されたオープンフレーム構成では、15.5Wを供給可能な電源を実現できます。加えてEMIの改善のために、公称スイッチング周波数に±6％の変動を導入する周波数ジッタリングが採用されています。ジッタを加えるために使用する掃引のこぎり波は、デバイス内部で生成されます。非絶縁型設計では、フィードバックピンが使用され、出力電圧の一部が内蔵のトランスコンダクタンスアンプに印加されます。

高いブレークダウン電圧への要求増加

補助電源設計におけるもう1つの重要な動向は、パワーMOSFETのより高いブレークダウン電圧BV_DSに対する要求です。一般に、これはトランジスタの物理的寸法に関係するため、ブレークダウン電圧を高くするにはトランジスタを大きくする必要があります。しかし、多くの場合、大部分のターゲットアプリケーションにとってこのソリューションは大きく高価すぎることになります。

MOSFETを集積化しているSMPSスイッチャの大半は、プレーナ技術を使用しています。このため、サイズとコストに対する市場の制約を満足するために、700VのBV_DSを持つデバイスということになります。しかし、BV_DSが高くなると、電源サージや電圧スパイクに対する保護能力が強化され、最終製品の堅牢性が向上します。こうした理由から、低コストで低額のBoMソリューションを実現できる、より高いBV_DSを持つスイッチャを提供しようとする機運が高まっています。

これに対応して、オン・セミコンダクターは、SMPSコントローラとSuper Junction(スーパージャンクション)技術SUPERFET 2を活用してパワーMOSFETを集積化したスイッチャモジュールを開発しました。この技術により、800VのBV_DSを実現しながらプラスチック製デュアルインラインパッケージに実装可能なモジュールを作ることができます。この製品ファミリは、市場の商業的要求を満たしながら製品の性能向上を図ることができる現実的なソリューションをメーカに提供する最初の製品と位置付けられています。

電流モードスイッチ「FSL5x8ファミリ」はPDIP-7パッケージで提供され、PWMコントローラとSUPERFET 2パワーMOSFETで構成されます。通常、800Vのブレークダウン電圧を達成するには、コントローラと独立したディスクリートMOSFETを使用する必要がありますがSUPERFET 2技術によって、両方のデバイスを1つの小型パッケージに集積化することが可能になりました。

これによって、低電力オフライン補助電源設計の上限である約40Wに対処できるほか、単一デバイスを、絶縁型(Figure 3)と絶非絶縁型(Figure 4)のフライバック設計の両方に使用できるようになりました。

NCP1067xおよびFSL5x8の両方とも、コンパレータとして動作するトランスコンダクタンスアンプが追加されており、非絶縁型フライバック電源が簡単に開発できるようになるため、使用可能な基板面積が最適化され、BoMを極力抑えることができます。

最終目的はスタンバイ電流の低減

非絶縁型電源ユニットの設計はすべて、供給可能な電力量が制限されますが、ここで概説した開発では、補助電源ユニット向け低電力オフライン電源ユニットアプリケーション分野の下限と上限を対象としたスイッチャを設計できることを示しています。また、非絶縁型フライバックコンバータは、一般に絶縁型よりも効率が高いため、運用コストも削減できます。

補助オフライン電源ユニットを使用する主な目的は、最終製品で消費されるスタンバイ電流を低減することです。アプリケーション向けに最適化された高集積デバイスを選択すると、より小さな基板面積と最小限のBoMコストでこれを実現できます。

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