PCBニュース - 意法半導体100W高圧VIPerGaN変換器

GaNコンバータは、パワースイッチング管、ゲートドライバ、及び反励起変換コントローラを集積します。意法半導体（STMicroelectronics）は2種類の100W高圧VIPerGaN変換器を発売し、ブロードバンドギャップ省エネ技術を家電、ビルのホームオートメーション、スマート照明、およびテレビ、充電器などの消費製品分野に普及させた。

新たに発売された2つの電力変換器は、漏れ限界流3.5 AのVIPerGaN 100Wと4.2AのVIPerGaN 100WBで、後者は125Wのピーク電力に一時的に耐えることができ、この柔軟な余裕は、設計者が電磁弁、モータなどの感性的な負荷を持つ設備（コーヒーマシン、小型家電、エアコンなど）を開発する際に電源回路を冗長に設計することを回避した。両コンバータは85V ~ 265Vの世界共通交流入力電圧に対応し、185V入力電圧以上で安定して100W出力する。

図　高周波基板

2つのコンバータはいずれも700V窒化ガリウム（GaN）パワートランジスタを内蔵し、コンバータのロバスト性と高信頼性を保証する。パワーチューブの0.27mΩオン抵抗RDS（on）は、コンバータの優れた熱性能を実現するのに役立ちます。5mm×6mm QFNパッケージ内には、反励起コンバータとGaNゲートドライバも統合されており、設計者がゲート抵抗とインダクタンスを微調整する煩雑なスイッチング性能の優れた調整作業を省くことができる。

一方、GaNパワートランジスタの高スイッチング周波数の特性は、回路設計者に小さいサイズの受動デバイスを使用させることで、優れたエネルギー効率と電力密度を得ることができる。この利点を証明するために、イタリア半導体はVIPerGaN 100W設計に基づく100W USB Type-C PD 3.0充電器リファレンス設計案EVLVIPPAN 100 WPを発売した。

VIPerGaN 100WとVIPerGaN 100WBはいずれも準共振ゼロ電圧スイッチング反励起コンバータを内蔵し、軽負荷周波数の折り返し、中負荷谷底ジャンプ周期などの柔軟な電源管理メカニズムを採用し、スイッチング周波数を制限することで全負荷範囲内でエネルギー効率を維持する。谷底ジャンプ周期モードでは、イタリア半導体の自己研究谷底ロック技術は、オーディオ周波数帯の変動を回避し、全負荷モードの静音運転を確保するために、谷底の数を安定的にスキップすることができる。空負荷バーストモードは、待機電力消費を30mW以下に低減することができる。

また、ライン電圧フィードフォワードは、入力電圧が変動している間に出力電力を安定させるために、各スイッチング周期ごとに伝送される電力を正確に制御することができます。同時に、動的ブランキング時間はスイッチング周波数の変化を制限し、スイッチング損失を最大限に低減する。2つのコンバータはいずれも完備した電気安全保護機能を集積し、入出力過圧保護、過熱オフ、不足圧上電保護、不足圧下電保護をカバーしている。