高性能デジタル制御スイッチング回路の
鍵をにぎるアナログ技術
Jan- 2016
アジェンダ
•デジタル制御スイッチング電源回路の
市場動向と課題
•スイッチング回路開発向けのアナログ技術
•スイッチング・ノイズの解決策
•ST製品のご紹介
2
デジタル制御スイッチング電源回路の市場動向と課題 • 本講でのデジタル制御の定義
• デジタル制御電源の市場動向と付加価値提案
• デジタル・アナログ制御の住み分け
• マイコンによるデジタル制御のメリット・デメリット
本講でのデジタル制御の定義 4
•デジタル制御
• 汎用マイコンやDSPを使用し、フィードバックをPIDで制御
•アナログ制御
• 電源やモータ制御用の専用ICを使用し、フィードバックを PWMコンパレータで制御
•スイッチング回路
• MOSFETやIGBT等の素子を使用してスイッチング周波数が 数kHz~数MHz程度で動作する回路
今回は、特に近年、マイコン制御の導入が増えてるAC/DC、DC/DC、PFC等のスイッチング電源回路にフォーカスします。
マイコン・DSP
デジタル制御電源の市場動向 5 5
高性能 高効率
高精度
低消費
将来 現在
デジタル制御
デジタル制御電源への市場要求、導入のきっかけ
• 省エネ実現(変換効率向上)ため、きめ細かい制御や複雑な回路への対応
• 高性能でリーズナブルな汎用マイコンの登場
• ファームウェアを使った開発期間の短縮や機種展開の簡略化
• IoTの普及に伴うUART、I2Cなどの通信機能への対応
専用制御IC アナログ制御
デジタル・アナログ制御の住み分け 6
6
専用ICでのアナログ制御 マイコンでのデジタル制御
トポロジ フライバック(PWM、QR)
フォワード
電流共振(LLC)
臨界モードPFC
連続モードPFC
PWMフルブリッジ
フェイズシフト・フルブリッジ
インターリーブPFC
ブリッジレスPFC
消費電力 ~1kW 1kW~
アプリケーション 家電、液晶TV、ゲーム、MFP、セッ
トトップボックス、電動工具、アダプタ等
家電、エアコン、UPS、テレコム電源、EVチャージャー、WBC、車載用DC/DC、OBC、パワコン等
• デジタル制御を選択される領域
• 複雑な多出力の制御が必要
• マイコンと周辺部品の価格上昇がセット価格にあまり影響しない
• 連続モード制御(スイッチング周波数固定)
⇒ただ近年、効率改善やノイズ低減のためゼロクロス検出の 臨界モード制御も導入されている
デジタル制御電源導入による付加価値
例:電源モジュール + 無線モジュール・各種センサ
無線ジュール
BTLE、WiFi等 加速度センサ
電源モジュール
マイコン
温度センサ
消費電力計測
湿度センサ
各種センサ
通信
空気流量計
アプリケーションに拠って無線モジュールやセンサと通信する
通信
他モジュール
マイコン
他モジュール
7
デジタル制御のメリット・デメリット 8
• デジタル制御のメリット
• アプリケーションに合わせたトポロジー、制御方式、仕様、保護へのきめ細かな対応と高性能、高機能、高効率の実現
• 一度ファームウェアを開発すれば、ラインナップ展開・上位機種互換が容易
• 通信機能(UART、I2C、SPI等)に対応
• 仕様に合わせて、幅広いマイコンから選定可能
最適な回路構成やマイコン選定を提案、また高効率実現に向けた 最新パワーデバイスをご紹介します
• デジタル制御のデメリット
• 部品点数の増加により専用アナログICよりもコストアップ
• 初期開発のファームウェア開発工数
• トラブル時のHW/FWの切り分けが難しい
• 低電圧で動作するマイコンのため伝達ノイズに弱い
スイッチングにより発生するノイズ低減やノイズによる誤動作防止対策を ご提案します
スイッチング回路開発向けのアナログ技術 • スイッチング制御電源の種類・回路構成方式
• スイッチング制御に最適な汎用マイコン機能
• 電源構成図について
• PCBレイアウトでの基本
• 開発環境の準備
スイッチング制御電源の設計・評価工程 10
• 設計工程
• 仕様に合ったトポロジー、制御方式、保護機能等を決定
• HW設計、SW設計、部品選定
• シミュレーション評価
• PCBレイアウト設計
• 開発・評価環境の準備
• 評価工程
• 基本性能評価(機能、効率、力率、出力リップル、負荷応答等)
• 温度特性(低温、高温)、電圧範囲特性(減電、過電)、異常保護
• EMC(電磁適合性)試験: 放射・伝達ノイズ
• 各種省エネ規格/安全規格等の認定試験実施
スイッチング制御電源の種類・回路構成方式 スイッチング制御方式
11
• 電源とは? ・商用交流電源から作る: AC/DC
・バッテリー等が生成する: DC/DC
• なぜスイッチング制御電源が必要か? ・ドロッパ電源: リップル小、制御が単純、効率が悪い
・スイッチング電源: リップル大、制御が複雑、効率が良い
⇒安定度が必要な箇所以外はスイッチング電源
• 制御方法(ハードスイッチング・ソフトスイッチング)
タイミングチャート
ハードスイッチング ソフトスイッチング(ゼロクロス検出)
方法 電流が流れている連続モード(CCM)で スイッチング素子をON/OFF
電流(ZCS)または電圧(ZVS)をゼロクロス検出する 臨界モード(BCM)でON/OFF
制御 普通 複雑
駆動周波数 ・周波数固定 ・ONかOFFのどちらか固定した周波数変動
・周波数変動(~400kHz) ・周波数固定で位相シフト
効率 通常 良い
SWノイズ ON/OFFとも発生 ONは小さい OFFは大きい
ピーク電流 小さい 大きい
ハードスイッチング
電圧波形
電流波形
スイッチング損失
ソフトスイッチング
電圧波形
電流波形
スイッチング損失
スイッチング制御電源の種類・回路構成方式 ZVSフェイズシフトフルブリッジDC/DCコンバータ
12
A
A
制御用マイコン
STM32F334
出力
ゲート ドライバ
ゲート ドライバ
入力
Q1
Q2
Q3
Q4
T1 T2 T3 T4
Q1
Q2 Q4
Q3
タイミングチャート
電流経路
ブロック図
• すべてのMOSFETがON Duty=50%でZVS動作
• 制御用にタイマーに対して多数のイベントが必要
・制御:Q1→Q3のONタイミング
・Q1→Q2の遅延時間、
・同期整流ON/OFFの遅延時間
• 制御用にタイマーに対してフレキシブルなイベント設定
・遅延時間の設定はQ1のイベント完了後、時間設定が必要
遅延設定 位相シフト設定
スイッチング制御に最適なマイコン機能(1) フレキシブルなPWM生成
13
①イベント数が多い
PWM生成タイマに複数のイベントが必要
例: ON/OFFタイミング、最小ON/OFF幅
最大ON/OFF幅等
⇒STM32F334の場合はコンペアーマッチ(CMP)x4
②フレキシブルなイベント設定
カウンタのリセットからだけでなく
他のイベント設定可能
例: ON幅に合わせてOFFのブランキング
時間や最大OFF幅が設定可能
⇒STM32F334の場合はCMP2と4が設定可能
STM32F334 High Resolution Timer使用例
② ①
14
Syn
ch
. M
OS
2 V
DS
Secondary MCU STM32F334C8
絶縁
DC/DC フルブリッジ
同期整流
48V DC
PW
M_
HS
1 Transf. Current
Output Voltage
Syn
ch
. M
OS
1 V
DS
Sensing & Condit.
PW
M S
R1
PW
M S
R2
Opto
COMP.
GPI/O
ADC1/2 Ch3
ADC1/2 CH2
ADC1 CH1
PW
M_
LS
1
PW
M_
HS
2
PW
M_
LS
2
HR TIM
Opto
400V DC
スイッチング制御に最適なマイコン機能(2) STM32F334の高解像度、PWM多出力のタイマ
ZVSフェイズシフトフルブリッジ制御ブロック図
STM32F334
タイマー解像度: 217ps
最小スイッチング
周波数(FPWM=76kHz)
最大スイッチング
周波数(FPWM=130kHz)
PWM出力解像度 60526 levels
(15.9 bit)
35384 levels
(15.1 bit)
Frequency
adjustment step 1.26 Hz 3.67 Hz
ハーフブリッジ共振制御(LLC)の必要な解像度
評価デモボード:500Wフルデジタル電源結果
(STEVAL-ISA147V3)
• タイマーに多出力PWMが必要な理由 ・下図のフルブリッジ+同期整流制御の場合は
MOSFETx6を制御する必要がある
⇒複数のタイマーやマイコンを使った場合、
通信での伝播遅延を考慮する必要があり複雑
• タイマーに高解像度が必要な理由 ・解像度が低いと出力電圧にリップルが発生したり
コイル・トランスの音鳴りになる
⇒今後、スイッチング周波数は高くなる傾向にあり
ますます高解像度のタイマーが必要となる
スイッチング制御に最適なマイコン機能(2) STM32F334の高解像度、PWM多出力のタイマ
15
• 最大10chのPWM出力
• 超高解像度
• 217ps (全chで出力可)
• マスタ-スレーブとして同期可能
(1ユニットをマスタとして5ユニットを同期スレーブとして使用)
• 144MHzカウントクロックをアナログDLL
により逓倍
• 自己補正機能付き
• No Temp/Vdd drift
• 外部イベントによる出力停止に対応 (OVP、OCPなどの保護機能はSWの
介在無しにHWで実行)
Master timer
ARR + 4xOC Ext. Sync In/Out
Trigge
r B
us
TA1
TA2
TB1
TB2
TC1
TC2
TD1
TD2
TE1
TE2
Cross-timer triggers
Cross-timer triggers
Timer B
Cross-timer triggers
Timer D
Cross-timer triggers
Fa
ult a
nd
Bu
rst
5 Fault inputs
External Events
(comparator or dig. In)
Timer C
Comparator
s
8x Inputs
Timer A
ARR /4xOC/1xIC
Timer E
DLL
DLL
DLL
DLL
DLL
STM32F334 High Resolution Timer使用例
16 スイッチング制御に最適なマイコン機能(3)
外部入力からPWM出力変更までの応答時間
コイル飽和時の電流波形 ゼロ電流検知用の入力電圧波形
• 異常保護検出時のPWM停止 ・過電圧、過電流、過負荷等の異常検出時に
PWM停止までの時間が遅いと大規模な破壊になる
⇒特に巻線コイル(トランス)のコアが飽和するとコイル
電流が50~100倍の急勾配になる(下図参照)
• ゼロクロス検出の精度向上 ・ゼロクロス検出後、PWMのON/OFFまでに遅延が
あるとゼロ電圧、電流からズレが生じて損失増加
0V
リンギングが生じる
ゼロ電流ポイント
17
HRTIM
COMP
DAC
Digital Fault入力
PWM出力 (30pF load)
Analog Fault入力
COMP
DAC
12ns
25ns 73-80ns
26ns
(FASTモード) 45-52ns
12ns
(FASTモード)
外部イベント入力
(Output set/reset
and synchronization)
従来のマイコンではCPUに割り込みが必要で高速応答が困難
スイッチング制御に最適なマイコン機能(3) 外部入力からPWM出力変更までの応答時間
STM32F3xxの外部イベント入力使用例
電源構成ブロック図例 18
各部品の耐圧や動作電圧範囲、ノイズの影響を考慮した最適な電源構成が重要
400V
12V
3.3V
Low side
Gate Driver
PM8841
AC/DC
VIPER26
LDO
LD1117V33
MCU
STM32F30x
3.3V 12V
Series Reg
L7805 5V 多出力電源系統にするメリット
・最適なデバイス選定が容易
・信号系とスイッチング系を分離
例:12V=ゲートドライバ電源
5V=各基準電圧
3.3V=マイコン用電源
多出力電源系統にするデメリット
・部品点数増加(コストアップ)
制御系用補助電源部:
メイン電源制御部:
低電圧動作のマイコンのノイズ対策
・GNDの独立配線
・フィルター(HW/SW)の強化
・絶縁された二次側に置く
PFC回路
レイアウトでの基本:LLC共振制御 19
帰還基準点
パワーGNDと信号GNDはこの帰還基準点に接続 短いパターン配線
INPUT VOLTAGE
PWR GND
Cr
Cbulk
短いパターン配線
最小ループで形成
1) ローサイドのMOSFETのソースと電解コンデンサ(Cbulk)のGNDを一点で接続
2) パワーラインを可能な限り短縮
3) ループ域を最小化
レイアウトでの基本:LLC共振制御(IC周辺部) 20
INPUT
VOLTAGE
GND10 RETURN STAR POINT
POWER AND IC
GROUNDS MUST BE
CONNECTED TO THIS
POINT
PWR GND
LINE
DELAY
CF
CSS
STBY
ISEN
RFmin
BOOT
Vcc 12
ALL SIGNAL RTNs HAVE TO BE CONNECTED TO
CONTROLLER GND PIN (#10)
KEEP ALL SIGNAL
COMPONENTS
CLOSE TO CONTROLLER
CERAMIC AND
ELECTROLITIC CAPs
FOR VCC CLOSE TO
PINS #12 AND #10
KEEP GATE-SOURCE DRIVING SIGNALS
LOOPS SMALL AND SYMMETRICAL
CBOOT CLOSE TO
CONTROLLER1) 信号系外付け部品は制御ICの ピンの近くに配置(特にCF(対称 性)、STBY、CSS、Delayに注意)
2) Cbootは制御ICの近くに配置
3) 電解コンデンサ(10~100uF)と セラミックコンデンサ(100~470nF) は制御ICのピン#12(VCC)とピン #10(GND)の近く配置
4) 信号系外付け部品のGND配線 (紫)は出来るだけ短く配線にして、 ピン#10(GND)の一点で接続
5) ピン#10(GND)から独立配線(紫)でGNDの帰還基準点に接続
6) フォトカプラのGNDと信号系外付け部品のGNDパターンを接続
• Nucleoボードは、STM32マイコン間で共通
• 2種類の拡張ヘッダ • Arduino Uno v3との接続
• Morpho ヘッダにより全てのペリフェラルへのアクセス可
• オンボードST-LINK/V2-1デバッガとプログラマ • mbedの利用可
• ドラッグ&ドロップ プログラミングに対応
• Nucleoボード、および、外部のSTM32実装ボードを
ターゲットとして利用可
• 試作に最適 • 安価なSTM32搭載ボードはファミリ間で共通部品を実装
• ハード/ソフトの両面での調整において費用的リスクを回避
• オープンコミュニティーの利点 • 無限の拡張性
• ペリフェラルシールドの巨大なエコシステム
(Arduino)へ瞬時にアクセス可
• mbedのオンラインIDEを無償利用可
開発環境:ARM mbed対応 Nucleoボード 21
デバッガ(ST-LINK/V2)
ST-LINK/V2
ST-LINK/V2-ISOL
(絶縁耐圧 2500 VRMS)
STブース内の体験コーナーで無料配布中!
Nucleoを使った試作基板開発例 22
Nucleo基板
ST-Link 補助
電源 Gate
drive
r
PFC評価基板
1kW CCM PFC
主電源部
マイコン周辺部品
既存回路と接続が容易⇒開発期間の短縮
スイッチング・ノイズの解決策
• スイッチング・ノイズとは
• ノイズの影響低減のためのマイコンならではの対策
• 最新パワーデバイスの活用
スイッチング・ノイズとは 24
• スイッチング回路(素子)は自らがノイズ発生源
• “伝導ノイズ”と“放射ノイズ”を発生
• スイッチング素子の特性やパターンの寄生成分(LC)が スイッチングノイズ(スパイク)を生成(右図1.参照)
⇒ノイズによって自らや他の電子機器に影響 特に低電圧で動作するマイコンは影響を受け易い
• 一般的なノイズ対策
• LCRフィルタの追加
• パワーラインのレイアウト強化
• MOSFETのゲートにビーズコイル追加や抵抗調整
• スイッチングラインやセンスラインにシールド ⇒マイコンへのスパイクノイズを取り除くことは 困難(右図2.参照)で誤動作の原因
• マイコン制御でのノイズ対策
• ノイズ発生のタイミング(ON/OFF)で入力信号マスク (ブランキング時間の設定)
• デジタルフィルタ
• ゼロクロス検知の精度向上
2. スイッチング時のスパイクノイズ波形(50us/div)
マイコン
PWM出力
マイコン
オペアンプ
出力
マイコン
オペアンプ
入力
ONタイミング OFFタイミング
1. MOSFETスイッチングOFF波形(100ns/div)
ゲート電圧
ドレイン電流
(20A→0A)
損失計算
(電流×電圧)
ドレイン電圧
(0V→400V)
スパイク・ノイズ
マイコンを使った対策例 リーディング・エッジ・ブランキング(LEB)が必要な理由
①MOSFETがONタイミング センス抵抗でピーク電流を検知(OC pin)
ダイオードのリカバリ電流や容量成分の放電により
瞬間的に過電流が発生するが制御したいピーク電流
ではないのでOCにブランキング時間を設定
②MOSFETがOFFタイミング 補助巻線でゼロ電流検出(ZCD pin)
補助巻線で発生するのリンギングによりゼロクロスを
誤検出を防止するためブランキングタイム設定
25
① ②
①
②
臨界モードPFC制御回路
タイミングチャート ZCD入力波形
②
+
マイコンを使った対策例 汎用マイコンのタイマ使ったLEB機能
26
CH1
(PWM出力1)
CH2
(PWM出力2)
ETR
(イベントトリガー)
BKIN
(タイマーブレイク入力)
PWM出力
R
ブランキング信号
(オープンドレイン出力)
ZCD入力
(外部信号)
+
-
内蔵コンパレータ出力
過電流検出
LEB機能方法
• PWM出力と同じタイミングでオープン・ドレイン端子で入力ラインをLowに固定
• 内蔵コンパレータの出力で入力ラインをLowに固定
STM32マイコン内部 外部周辺回路
タイマ(TIMx)
マイコンを使った対策例 デジタル・フィルタ搭載の内蔵コンパレータ・タイマ
27
• デジタルフィルタ内蔵のタイマ・イベント入力
• プリスケーラで生成した周波数で動作する
カウンタに外部信号を入力
• コンパレータ出力にブランキング時間を設定
• 外部入力信号に出力でマスクする
デジタルフィルタ内蔵タイマ ブロック図
外部イベントのデジタルフィルタ コンパレータ出力デジタルフィルタ
二箇所でADCサンプリングを
行い傾きからゼロ電圧を算出
(HW遅延の考慮が必要)
MOSFET OFFタイミング ゼロ電圧より早い: 損失大
ゼロ電圧より遅い: ショート回路
MOSFET ONタイミング ゼロ電圧より早い:ショート回路
ゼロ電圧より遅い:損失大
時間
ドレイン
電圧
5Msps ADC使用したの場合:
21ns以上の傾き時間で実現可能
マイコンを使った対策例 ADCを使用したゼロ電圧検知ON/OFFタイミング設定
28
コンパレータ閾値を使用
一箇所の閾値のためゼロ電圧検知に
バラつきがある
ADC二点サンプリング使用
二箇所以上でサンプリングデータからゼロ電圧を算出するので高精度
最新パワーデバイスの活用 SiCショットキー・ダイオード(SBD)
29
• SiCの優位性
• Qrrが小さいため、ハードスイッチングのアプリケーションで高効率を実現
• SiCの弱点
• 正の温度係数を持っており、温度上昇に伴いVfも上昇(Siは逆の特性)
0
2
4
6
8
10
12
14
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
IF(A)
VF
(V)
aVF>0
aVF>0
aVF>0
VF(V)
I F(A
)
25°C
125°C
aVF<0
電流が増加した際にVfが上昇して熱暴走する可能性
最新パワーデバイスの活用 SiC SBDのリカバリ特性
30
• スイッチングON時のSiCとSiのリカバリ特性比較
IF=8A ; dI/dt=400A/µs ; VR=400V ; Tj=125°C
SiC G2: STPSC6H065D
Tandem G2: STTH8T06DI
Tandem G1: STTH806DTI
STTH8R06D
2A/div
10ns/div
Qrrの小さいSiC SBDはスイッチングON時(ダイオードはOFF時)の
Trrが短くなるため損失が小さくなり効率アップ、またノイズも低減も可能
TANDEM G2
リカバリ電流発生経路
91
91.5
92
92.5
93
93.5
94
94.5
95
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Efficiency (%)
Load(%)
DCM mode CCM mode
Tjdiode50°C
Tjdiode120°C
最新パワーデバイスの活用 SiC SBD vs Si FRD 効率比較
31
• 効率比較
軽負荷時はすべて特性で差異が無い
CCM PFC 480 W, VIN = 115 V,
FSW = 100 kHz, dI/dt = 600 A/µs
STTH8R06
STTH806DTI
Tandem G2: STTH8T06DI
SiC G2: STPSC6H065
ファーストリカバリ・ダイオードに比べて
SiC SBDは効率が向上
+Vin Vout
PWM
TANDEM G2
特徴 利点
最大200Cまでの動作温度保証
(-55~200)
・熱設計が改善
・基板放熱面積やヒートシンクの削減
高温でのオン抵抗の上昇が少ない ・高効率
・基板放熱面積やヒートシンクの削減
スイッチング損失が少ないため
高い周波数動作が可能
・高効率
・受動部品の小型化
(コイルの低インダクタンス選択可能)
電極間容量が小さいため駆動が容易 大きなドライブ能力不要
非常に高速で堅牢なボディダイオード 外付けのフリーホイール用ダイオードが不要
最新パワーデバイスの活用 SiCパワーMOSFET : アドバンテージ
32
IGBT Eoff=734 µJ
Vgs
Vce
Ic
SiC MOSFET Eoff=188 µJ
Vgs
Id
Vds
P(KW) P(KW)
テスト回路条件:
Pin=5KW ,Vin=600V, Vout=800V, fsw=25Khz, D=27%, RG-on = RG-off =2.2Ω, VGS-off =-4V
ST SiC MOSFETはIGBTと比較してEoff: -75%削減可
ただしリンギングはIGBTの方が発生が微小
OFF時損失比較(5kW電源基板)
最新パワーデバイスの活用 SiCパワーMOSFET vs IGBT スイッチング比較
33
competitor B SiC MOSFET
competitor A SiC MOSFET
ST SiC MOSFET
ST Si MOSFET
ST SiC MOSFETは温度上昇してもオン抵抗が上昇が少ない
ST SiC MOSFETはTjmaxを200までの保証が可能
最新パワーデバイスの活用 SiC MOSFET: 温度変化によるオン抵抗特性
34
補足資料 : ST製品のご紹介
• 32bitマイコン: STM32ファミリ
• パワーデバイス: SiC パワーMOSFET、SiC SBD
• 電源制御用IC: Viper0P
• 評価ボード
32bitマイコン : STM32ファミリ 36
STM32F2x5
STM32F2x7
超低消費電力
メイン・ストリーム
Cortex-M0
Cortex-M0+ Cortex-M3 Cortex-M4 Cortex-M7
Next
STM32F030 Value line
STM32F0x1
STM32F0x2
STM32F0x8
STM32F301
STM32F302
STM32F303
STM32F3x4
STM32F373
STM32F3x8
青字 : 新製品 四角内数字 : 製品ライン数
STM32F100 Value line
STM32F101
STM32F102
STM32F103
STM32F105/107
STM32F401
STM32F411 STM32F405/415
STM32F407/417
STM32F427/437
STM32F429/439
STM32L0x1
STM32L0x2
STM32L0x3
STM32L100 Value line
STM32L151/152
STM32L162
ハイパフォーマンス STM32F746/756
5
3 3
4
2 6
6
1
2 CPUコア
製品シリーズ
STM32F3シリーズ Cortex-M4と充実のアナログ周辺機能を融合
37
Cortex-M4コアによる高性能
DSP, FPU 命令セット
ETM, MPU
パリティチェック機能付きSRAM
コア専用SRAM(CCM) : 頻繁に実行する命令セットをコアSRAMに展開することで処理能力を向上(90DMips)
STOPモード復帰トリガとしてUSART、
I²C、CECを使用可能
STOPモードから高速復帰(<5µs)
I/O remap granularity
低電圧動作対応
(1.8V +/-8% : dedicated PN)
アナログ周辺機能、通信インタフェース
12-bit ADC:変換時間0.20µs /5.0Msps
(インタリーブモードでは最大18Msps / 6bit)
16-bit ⊿ΣADC: 7段階にゲイン設定可能な、プログラマブル・ゲインアンプを搭載、最大21
ch入力
その他内蔵アナログ機能 : オペアンプ(プログラマブル・ゲインアンプ)、高速コンパレータ
専用SRAM(各512B)を搭載したUSB, CAN
高速USART(最高9Mbits/s)
High speed SPI(最高18Mbits/s)
全二重 I²S
I²C(最高1Mbits/s(Fast Mode+))
CRC
AMC(Advanced Motor Control) Timers
汎用マイコンライン
STM32F3シリーズ製品ラインアップ 38
アナログ周辺機能強化
ASSPライン
STM32F373
高精度計測用途 デジタル電源制御
STM32F301
高解像度PWMタイマ(217ps)
16_bit ΔΣ ADC
STM32F334
Memory
Pin Count
512KB
16KB
144 pins 32 pins
STM32F302
STM32F303
Power supply:
• F3x1, F3x2, F3x3: [2.0 .. 3.6V]
• F3x8: 1.8V +/-8%
Sampling
STM32F334の特徴 電源制御プラットフォーム構築最適なCortex-M4搭載マイコン
39
•高速演算によるフィードバック制御
(Cortex-M4コア @ 72MHz)
•超高分解能PWMタイマ
(217ps分解能 *4.6GHzクロックに相当)
•高速コンパレータ • PWMタイマと連動し、OVP, OCPなどの回路保護機能をハードウェアで実現
• 12bit 高速ADC (最大 5Msps) *Cortex-Mマイコン最速
•プログラマブル・ゲインアンプ • 4段階のアナログゲイン(2, 4, 8, 16)
STPSC xx 06 y zz
4A, 6A, 8A, 10A, 12A, 20A
STPSC xx H 065 x zz
4A, 6A, 8A, 10A, 12A, 20A
SiC G1 - VRRM = 600V
SiC G2 - VRRM = 650V
SiC ショットキー IF(AV) VRRM C: 2素子
無: 1素子 パッケージ
SiC ショットキー IF(AV) VRRM C: 2素子
無: 1素子 パッケージ G2
SiCショットキー・ダイオード(600V、650V) 40
IFSM
VF
G1
高効率
G2
効率と堅牢性の最高の
トレードオフ
SiC SBD(Gen2): JBS構造を採用 41
サージ耐性を向上,温度上昇時のVF上昇をクランプによって抑制
制御用IC : VIPer0P 42
VOUT
OFF
Power ON VIPer0P
MCU
45kOhm
ON
VBIAS
VCC
DRAIN
Vreg
4V
SMPS Fly-back
Buck
Buck-boost
NEW PRODUCT
新技術の特徴
ゼロパワーモード
マイコンと組み合わせたスマートインターフェイス
<4mW @ 230VAC (ゼロパワーモード)
<15mW @230VAC (無負荷)
動作開始電圧 5V
1.2Vリファレンスボルテージ
従来からの特徴
PWM電流モードコントローラ
(フライバック・バック制御) 800V MOSFET内蔵 /高耐圧起動回路内蔵
EMI低減のためのジッター機能搭載
保護機能: ソフトスタート、ショート保護、 OVP、 OTP
Energy Saving
ZERO POWER
基板サイズ削減
高い堅牢性
部品点数削減
• Bridgeless PFC, LLC HB & Synch Rect. Topology
• Input Voltage: 85V AC up to 265V AC
• Input Frequency: 45Hz up to 65Hz
• Output Voltage: 12V
• PFC Output Voltage: 430V DC
• Output power: 500W
• PFC switching frequency: 60kHz
• DC-DC switching frequency: 70kHz up to 190kHz
• Efficiency: 94%
• Input Current & Under/Over-Voltage protection
• DC Bus Under/Over Voltage protection
• Output Short Circ. Protection & Under/Over-Volt
500W D-SMPS Evaluation Board – PS.ADC0018.13
Development of a 500W Digital Power Supply demo board
based on STM32F3xx. Compliant with Platinum Spec and
the main specifications of server/telecom market.
評価デモボード:500W Digital SMPS (STEVAL-ISA147V3)
43
Application
Segments:
DSMPS
Status, Estimated
End Date
Available
Order Code: STEVAL-ISA147V3
Key P
rod
ucts
K
ey F
eatu
res
• STM32F051Kx, STM32F334 (32-bit
Microcontroller)
• L6491D*, PM8834 (Drivers)
• VIPER27HN (HV converter)
• STP13N60M2, STP57N65M5, STL220N3LLH7
(Power MOSFETs: MDmesh M2, MDmesh M5,
STripFET™ F7)
• STPSC1006D (Power Schottky silicon carbide
diode)
• STPS2L40, STPS1L30 (Power Schottky diode)
Power Systems
• Input AC voltage: 90V AC up to 264V AC
• Output voltage: 48V DC
• PFC output voltage: 400V DC
• Output power: 2000W
• PFC switching frequency: 60 kHz
• DC/DC switching frequency: 100 kHz
• HF transformer isolation :4 kV
• Efficiency: 80 Plus Platinum (target)
• Input short circuit , under/over voltage, under/over frequency
protection
• Output short circuit, under/over voltage protection
• DC Bus under/over voltage protection, over temperature
protection
• Cooling: forced air cooling active fan
• Two digital control options for the PFC
• Average current-mode control method in continuous and
discontinuous conduction mode (DCM, DCM/CCM and
CCM)
• Peak current-mode control method in continuous and
discontinuous conduction mode (DCM, DCM/CCM and
CCM)
• Cycle by Cycle PFC current control loop
評価デモボード: 2kW Digital SMPS (STEVAL-ISA172V1)
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STEVAL-ISA172V1
2kW D-SMPS Evaluation Board
Key F
eatu
res
Power Systems
• STM32F334 (32-bit Microcontrollers)
• PM8834 (MOSFET Drivers)
• VIPER17HD (HV converter)
• STW56N60M2-4, STW24N60DM2, STY130NF20D
(Power MOSFETs: MDmesh M2, MDmesh DM2,
STripFET II)
• STPSC10H065 (Power Schottky silicon carbide
diode)
Final prototype available in Q2 ‘15
Eval Board available in Q3 ‘15