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730V耐圧MOSFET内蔵AC/DCコンバータIC : BM2P06xMF-Zシリーズ表面実装パッケージで45W出力を可能に待機時電力の大幅削減と自動実装に対応

2022.06.28

ロームは、エアコンや白物家電、FA機器など、AC電源の家電・産業機器に向けて、730V耐圧MOSFET内蔵AC-DCコンバータIC、BM2P06xMF-ZシリーズBM2P060MF-ZBM2P061MF-ZBM2P063MF-Z)を開発しました。

BM2P06xMF-Zシリーズは、ロームの低損失スーパージャンクションMOSFET(以降SJ-MOSFET)と制御回路などを小型20ピンSOPパッケージに搭載したICで、AC入力85V~264V出力45WまでのAC-DCコンバータを容易に構成することができます。

AC-DCコンバータIC:BM2P06xMF-Zシリーズ。45W出力に対応可能な表面実装パッケージの採用により実装コストを削減。パッケージと出力電力

~40WクラスAC-DCコンバータへの要求と課題

近年、家電や産業機器向け~40WクラスのAC-DCコンバータには、以下のような要求が高まっており、いくつかの課題があります。

要求:

  • ・ユニバーサル電源電圧対応(交流85V~264V)
  • ・電源全体として省エネ規格Energy Starへの対応
  • ・情報技術機器・AV機器の製品安全規格IEC 62368への対応
  • ・製造コスト低減のための自動実装化(表面実装対応)

課題:

  • ・現状のMOSFET内蔵AC-DCコンバータICの多くは、損失と発熱の大きいDMOSFETやPlanar MOSFETを採用
  • ・従来の表面実装パッケージICで、数十Wクラスの出力に対応することは困難

BM2P06xMF-Zシリーズのキーポイント

BM2P06xMF-Zシリーズは、上記の要求と課題を背景に開発され、課題解決に向けた以下の特長とメリットがあります。

  • 独自の低待機電力制御技術により待機電力を90%以上削減(一般品との比較)
  • 待機時の損失源となる感電対策用の放電抵抗器を排除しても安全規格IEC 62368に準拠可能
  • 45W出力に対応する表面実装パッケージの採用により自動実装が可能になり製造コストを削減
  • ICのVCC電圧高耐圧化によりVCC用電源回路の部品削減とノイズ/サージ耐量UP

各詳細を説明します。

45W出力に対応可能な表面実装パッケージの採用により実装コストを削減

BM2P06xMF-Zシリーズは、スイッチングトランジスタとして低損失(低オン抵抗)の730V耐圧SJ-MOSFET、AC-DC変換動作に必要な起動回路や最適化した制御回路を、小型で放熱性能の高い表面実装パッケージ(SOP20A)に封止しています。

AC-DCコンバータIC:BM2P06xMF-Zシリーズ。AC85V~264V対応のAC-DCコンバータICの待機時消費電力の比較

従来AC85V~264V入力対応の表面実装パッケージ品(上図ではSOP8)が対応できる出力電力は10W程度で、数十Wクラスの出力に対応できるパッケージはDIPやTO-220といった基板挿入タイプとなり、実装基板への表面実装ができませんでした。BM2P06xMF-Zシリーズは、新規開発した損失(発熱)低減と放熱性能の高いSOP20Aパッケージを採用することで、従来の表面実装パッケージでは困難だった45W出力(24V×1.875A=45Wなど)までの電力に対応できます。これにより、表面実装が可能になり、製造における実装コストを大きく削減可能となります。

待機時の消費電力を一般品に比べ90%以上削減可能

BM2P06xMF-Zシリーズの制御回路には、ロームの高耐圧プロセス技術とアナログ設計技術によるXコンデンサ放電機能を搭載しています。Xコンデンサ放電抵抗器は感電対策用に必須ですが、待機時の大きな損失源の1つでもあります(下図参照)。BM2P06xMF-Zシリーズは、Xコンデンサ放電抵抗器を排除可能で、待機時の損失を低減できるのとともに排除しても安全規格IEC 62368の安全要求を満たすことができます。

AC-DCコンバータIC:BM2P06xMF-Zシリーズ。AC85V~264V対応のAC-DCコンバータICの電源回路構成の比較

加えて、独自の低待機電力制御技術(内蔵MOSFETのスイッチング回数と絶縁トランスに流れる電流の最適制御)により、アプリケーション待機時のIC消費電力をさらに低減し、システムの待機電力を一般品と比べて90%以上の削減にあたる17mW(AC230V、出力電力0W時)に抑えることが可能です。

また、絶縁トランス部品の音鳴りを抑制する音鳴り低減モードも搭載しています。待機電力削減が優先事項の場合は音鳴り低減モードをオフ、絶縁トランス部品の音鳴りが問題となる場合や、その対策工数を軽減したい場合には音鳴り低減モードをオンにすることで対処できます。要求事項に応じて最適な電源システムを構築することが可能です。

内蔵MOSFETとVCCの高耐圧化によりノイズ・サージ耐性を高め外付け部品も削減

BM2P06xMF-Zシリーズの動作用電源VCCの範囲は11V~60Vと幅広く、一般品の2倍の耐圧を備えています。これにより、外来ノイズやサージ電圧に対する耐性が高く、トランスの補助巻き線の電圧を整流した電圧を直接VCCとして使うことができます。一般品では必要になるノイズ・サージ対策や補助巻き線電圧降圧のための回路が不要となるので、最低限4つの部品を削減可能です。

AC-DCコンバータIC:BM2P06xMF-Zシリーズ。BM2P060MF-Z搭載評価ボード:BM2P060MF-EVK-001

さらに、内蔵のMOSFETはサージ電圧に強いSJ-MOSFETを採用したことで、破壊耐量の指標となるアバランシェ耐量が、一般品に多く内蔵されているDMOSFETやPlanar MOSFETよりも30倍以上高くなっています。このサージ耐性の高さによって、電源システムの信頼性が向上します。

BM2P06xMF-Zシリーズのアプリケーション例

待機時電力削減、製造コスト削減、小型化、信頼性向上が求められる、家電・産業機器向け45W出力までの様々なAC-DCコンバータに採用可能です。

  • ・エアコンや白物家電、モニター、ドライヤーなどの各種家電
  • ・インバータやACサーボ、ルーター、OA機器などの各種産業機器

AC-DCコンバータIC:BM2P06xMF-Zシリーズのラインアップ

品名 パッケージ 電源電圧 MOSFET
耐圧(Max.)
MOSFET
オン抵抗(Typ.)
スイッチング
周波数(Typ.)
FB OLP 動作温度
BM2P016-Z Series DIP7K 8.9V

26.0V
Drain 650V 1.4Ω 65kHz Auto Restart or Latch -40℃

+105℃
BM2P016T Series TO220-7M Auto Restart
BM2P091F Series SOP8 4.0Ω or 8.5Ω Auto Restart or Latch
BM2P060MF-Z SOP20A 11.0V

60.0V
VH 650V
Drain 730V
0.7Ω Auto Restart
BM2P061MF-Z 1.0Ω
BM2P063MF-Z 3.0Ω
☆BM2P060LF-Z 0.7Ω Latch
☆BM2P061LF-Z 1.0Ω

☆:開発中

関連情報

  • ◆ BM2P06xMF-Zシリーズとその評価ボードのBM2P060MF-EVK-001は、インターネットで購入できます。また、下記以外のネット商社からも順次販売を予定しています。

販売ネット商社:チップワンストップコアスタッフオンライン(※商社名をクリックすると評価ボードの販売情報を確認できます)

販売品:
BM2P06xMF-ZシリーズIC:BM2P060MF-ZBM2P061MF-ZBM2P063MF-Z
BM2P060MF-Z搭載評価ボード:BM2P060MF-EVK-001

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