ROHM的工业设备用DC/DC转换IC

近年来，工业设备小型化越来越被人们所喜爱，这种需求就像消费电子产品一样日益剧增，我们都知道，一直以来的工业设备使用的元器件要求具备高可靠性并能确保长期供应，但现在的需求是只要实现电源电路的小型化，即可减少设备的体积和安装面积。

工业设备的小型化在轻便快捷的同时也存在了一些不可忽视的缺点。比如将电源单元小型化会使设备外壳的温度上升，从而导致周边元器件的可靠性下降。要想避免这种后果，需要降低DC/DC转换IC的功率损耗，减少发热量。ROHM的最新DC/DC转换IC采用三大方法实现了电源的小型化，即：通过高频开关工作实现周边元器件的小型化，通过同步整流方式降低损耗，通过大电流低损耗工艺减少发热量。

首先，我们先来学习一下通过高频开关工作实现周边元器件的小型化是怎样工作的?其实它的原理很简单。ROHM的BD9E300EFJ-LB是输入耐压达40V的1ch同步整流降压型DC/DC转换器，内置开关用的功率MOSFET。为实现更高效率，功率MOSFET的上下侧均采用Nch-MOSFET。另外，该结构还内置有用于上侧Nch-MOSFET栅极驱动的自举二极管。另外，BD9E300EFJ-LB不是高耐压电源应用中使用较多的非同步整流(二极管整流)方式，而是采用内置MOSFET的同步整流方式。因此，无需外置晶体管和整流二极管，使贴装面积可减少50%。不仅如此，开关工作频率高达1MHz，从而可使用小型的电感和电容。

然后，我们再来学习一下通过同步整流方式降低损耗的工作原理。以往在24V电源系统中占主流的非同步整流方式的IC，高端开关使用MOSFET，低端开关使用肖特基二极管。当高端开关ON时，输入电流从高端开关经由电感提供给负载。同时，磁能积蓄到电感，电荷积蓄到输出电容。此时，会产生由MOSFET的导通阻抗和电流引起的损耗(Pd=RON×I2)。另外，当高端开关OFF时，积蓄到电感器的磁能和输出电容器的电荷作为电流被释放。电流从负载经由地、肖特基二极管再次返回电感。此时，会产生由肖特基二极管的正向电压和电流引起的损耗(Pd=VF×I)。而采用同步整流方式时，低端开关也采用导通阻抗值较小的MOSFET，因此损耗更低。例如，输入24V输出12V时，高端开关ON的时间和低端开关ON的时间均为50%。输入24V输出5V时，高端开关ON的时间为20.8%，低端开关ON的时间为79.2%，低端开关的损耗处于主导地位。假设低端开关流过1A的电流，如果是非同步整流方式，低端开关的损耗为Pd=VF×I=0.5V×1A=0.5W。而如果是同步整流方式则为Pd=RON×I2=0.14Ω×1A2=0.14W，与非同步整流方式相比，发热量仅为1/3.6。由此可见，在类似24V电源系统输出5V等压降比大的情况下，同步整流方式的损耗更小，发热更低，更有利于小型化。

最后，我们学习通过大电流低损耗工艺减少发热量的工作原理和前面两种方法有何不同呢。BD9E300EFJ-LB采用最尖端的0.35μm的 BiCDMOS制造工艺，内置开关由Nch-DMOS FET组成。一般产品存在高耐压、低导通阻抗和低栅极容量之间的矛盾关系，而本产品实现了耐压40V、输出电流2.5A、170mΩ低导通阻抗及可在1MHz工作的低栅极容量。因此，即使进行高频开关工作，发热量也很低。另外，封装的背面使用散热焊盘(裸露焊盘)的形状，使IC芯片产生的热量也可有效地传到PCB板上，因此，即使小型封装也无需担心发热问题，客户可安心使用。

微型化、小型化是如今科技发展的趋势，在大功率工业设备类的应用中，节能半导体、可支持大功率元器件和电源IC的应用日益广泛，而且，应用于大功率领域时，要求输入电压耐压性能更好，以确保产品即使受到雷电等导致的突发浪涌电压也不会损坏。ROHM为满足这些需求，现在正在开发耐压更高的IC，今后也会继续扩充DC/DC转换器系列产品，不断完善丰富多彩的产品阵容，为多样化市场需求贡献力量。