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入力コンデンサとして大きなものを使用することにより、 PA3589U-1BRSスイッチング段への入力リップルは小さくなる。しかしながら、突入電流が大きくなることで、入力部分の整流ダイオードが破損したり、ヒューズが切れたりする可能性がある。
このような問題を緩和するために、NTC（負温度係数）サーミスタを用いた突入電流の制限回路を付加する方法がある。この構成の回路では、低温時にはサーミスタの抵抗値が高いことを利用して急激な突入電流を防ぐ。 PA3609U-1BRS通常の稼働状態では電流が流れることで高温になるため、サーミスタの抵抗値が下がり、電源に本来の電力が供給される。 入力電力が断続的となるAC-DC電源を設計しなければならないことがある。その場合、入力電力が途切れると、入力コンデンサの電荷が100ms程度の時間で放電される。そして、NTCサーミスタを用いた制限回路の温度がまだ高いうちに入力電力PABAS106が回復すると、許容範囲を超える突入電流が流れる恐れがある。この問題に対処するには、UVLO（Undervoltage Lockout：低電圧ロックアウト）機能付きのコントローラICを使用するとよい。この機能を備えるコントローラICは、ある閾（しきい）値に電圧が達したら、入力コンデンサの電荷が放電されないように働く。このレベルから電源ラインのレベルまで入力コンデンサを充電するのに必要なエネルギーによって、 NTCサーミスタによる制限回路が高温の状態でも、電源が破損したり、ブレーカ機能が働いたりしないように、回路を設計するとよい。ただしFujitsu FPCBP220バッテリー、NTCサーミスタを利用した電流制限回路は、周囲の温度に応じて動作するので、電源の使用温度範囲が広い場合には、すべての要件のバランスをとりつつ、突入電流を低く抑えるという難しい問題に対処しなければならないことになる。 突入電流の問題に対処するためのもう1つの方法は、FETなどのトランジスタを入力段に直列に配置することだ＊2）。適切なサイズのFETを選択し、ゆっくりとオンの状態にして線形領域で動作させることで、電力を消費させる。この方法では、オン、オフの繰り返しにより、FETFujitsu FPCBP238APバッテリーが過熱しないように注意する必要がある（『スイッチング電源の課題と対策』も参照されたい）。 多くの電源ICメーカーが、デジタル電源を構成するための製品を大々的に供給し始めている。実際、PFC（力率改善）回路ではデジタル電源用のICがよく使用されるようになってきている。ただ、デジタル電源は、本質的Fujitsu S26391-F795-L300バッテリーには、アナログ電源よりも優れているわけではないし、劣っているわけでもない。IC内部のアーキテクチャにどのようなものを採用するかは、半導体企業の判断によるところである3）。米iWatt社などのベンダーが供給しているデジタル電源 ICは広く採用されているが、より重要なのは、それらのICで使われている制御方法ではなく、どのような機能が提供されるのかということである。 多くのAC-DC電源は、出力負荷と入力ライン電圧の変化に応じて出力電圧を調整するようになっている。そのためには、コントローラICへのフィードバック信号が必要になる。この用途には、多くの場合、Fairchild社や米Avago Technologies社などが供給しているフォトカプFujitsu FPCBP83AP バッテリーラが使用されている。 一方で、フォトカプラではなく、センシング用のコイルを使用することを前提としたコントローラICも多数存在する。この構成では、フォトカプラを使う場合のように精度良く調整を行うことはできないが、それでも5％程度の IBM ThinkPad R60e バッテリ 出力精度を実現できる。これについて、iWatt社は、「当社独自の1次検知アルゴリズムを利用すれば、それ以上の精度を得ることが可能だ」と主張している。 ほかにも、Avago社などが提供するΔΣ変調方式を利用したアイソレータを使用して、絶縁境界を越えてアナログ電圧を伝送する方法もある。あるいは、出力電圧をデジタル値で表現し、デジタルアイソレータによって絶縁境界を越えて伝送する方法も利用できる＊4）。IBM ThinkPad T60 バッテリーただし、これらの代替策には、コストがかかることに加え、位相遅延が生じて制御ループの帯域幅が小さくなるという欠点もある。 さらに別の方法として、コントローラICを2次側に配置し、絶縁境界をまたいで1次側を制御するというものがある。TI社のアプリケーションマネジャを務めるRichard Garvey氏によると、「コントローラICを2次側に配置する方法を用いibm thinkpad x40 バッテリーれば、高い精度で電圧を調整することが可能だ」という。この場合、出力電圧のフィードバックは絶縁境界をまたぐことなく行える。ただし、コントローラICへの電力供給の手段を別に確保する必要がある。 電力レベルが高い場合や出力電圧が低い場合には、2次側のダイオードをFETに置き換えるとよいかもしれない。この構成に対応したTI社のコントローラ IC「UCC28250」の場合、1次側に同ICを配置し、2次側の制御は絶Compaq Presario CQ61バッテリー縁境界を越えて行うという方法を採用している。IR社のコントローラIC 「IR11672AS」などは、コントローラICを2次側に配置し、電力供給の状態を検知して、1次側の制御ループとは独立して動作するようになっている。 また、入力コンデンサが故障した場合、コンデンサ自身が燃えたり、Dell Inspiron 1100バッテリー ほかの部品を燃やしたりすることがないよう、ヒューズが切れるか、配線が溶けるようにする必要がある。米UL（Underwriters Laboratories）は、火災の防止を主な目的とした試験を提供している。このULの試験を利用すれば、故障モードを調べたり、電源の出力を短絡しても火災などが生じないことを確認したりすることができる。 上述したように、UVDell Inspiron 13バッテリーLO機能を利用すれば、突入電流が生じないように入力コンデンサの電荷を保つことができる。しかし、コンデンサを充電したままにすると、保守作業などの際に安全性の問題が生じる可能性がある。この問題については、コンデンサの両端に高抵抗を接続するという対処法が考えられる。だが、それだと常に電力が無駄になり、効率が損なわれる。効率の低下を防ぐには、抵抗と直列にFETを接続し、電源の稼働中には、Dell Inspiron 1318バッテリー抵抗の電流パスを遮断するように構成すればよい。 突入電流の問題を解決したら、電源をユニバーサル入力に対応させるかどうかを決める必要がある。ここで言うユニバーサル入力への対応とは、世界中で使われているAC電圧/周波数で動作するようにするという意味だDell Inspiron 1420バッテリー。つまり、100V〜240Vの電圧、50Hzまたは60Hzの周波数に対応するといった具合になる。 広範な入力電圧に対応しようとすると、1つの問題が生じる。通常のPWM（パルス幅変調）方式のスイッチング電源の場合、入力電圧が高いほど、パルス幅が狭くなる。パルス幅があるレベル以上に狭くなると、スイッチング素子として使用するトランジスタは、多大な電Dell Inspiron 1521バッテリー 圧と多大な電流の両方にさらされて過熱することになる。 このユニバーサル入力の問題への対処策としては、フロントエンド部分としてブリッジ整流器ではなくトランジスタを用いたプッシュプル型のものを使用する方法がある。あるいは、立ち上がり/降下時間の短いコントローラDell Vostro 1700バッテリー ICを使用する方法も効果的だ。ただし、この高速な遷移によって、過熱の問題は解決するかもしれないが、EMIが大きくなるという代償が伴う。ほかには、PFM（パルス周波数変調）などの異なる構成を採用することでも、広い入力範囲の問題に対処することができる。 次に、コントローラICへの電力供給の方法を検討しなければならない。これについては、コントローラICとその入力となるDCバスとの間に抵抗を配置するのが一般的な方法と。図前編でも述べたように、ARMのライセンス形態には、一般ライセンスとアーキテDell Precision M2300バッテリークチャライセンスがある。他社製品に対する差別化や性能向上を図る上では、拡張性の大きいアーキテクチャライセンスの方が有利な点が多いように見える。しかし、一般ライセンスだからと言って差別化が不可能なわけではない。例えば、Intrinsityが提供するダイナミックロジック技術/信号符号化技術である「Fast14」を用いるという手法があるDell Latitude D820バッテリー 。Samsung Electronicsは、同社の「Cortex-A8」を搭載するSoC（System on Chip）「Hummingbird」に適用するために、IntrinsityからFast14のライセンスを取得している。 ただし、Intrinsityは2010年にAppleによって買収されている。Fast14はAppleのCortex-A8をベースとしたSoC「A4」に実装された。Fast14によって、AppleとSamsungのSoCは、同じプロセス技術でありながら、ほかのCortex-A8の一般ライセンDell Latitude D830バッテリーシー企業よりも大幅に高い動作速度を実現することができた。なお、SamsungはA4のファウンドリでもある。 一方、アーキテクチャライセンスを所有するQualcommは、ARMのプロセッサIP「Cortexファミリ」の命令セットである「ARMv7」に準拠する「Scorpion」を開発した。Scorpionは、携帯電話機の中核を成すアプリケーションプロセッサとベーDell Latitude CSXバッテリースバンドプロセッサのうち、アプリケーションプロセッサ向けとなっている（別掲記事『アプリケーションとベースバンド』を参照）。Scorpionの製造プロセスは当初65nmだったが、現在は45nmプロセスに変更されている。 1で言えば、抵抗RSTARTがそれに当たる。この方法はDell Latitude D430バッテリー 、実現は簡単だが、抵抗においてかなりの電力を浪費するという問題を抱えている。この抵抗で浪費される電力を削減するためのものとして、PI社はICファミリ「SENZero」を製品化している。コントローラICを停止させてもかまわないときに、 SENZeroを外部からの信号で制御することで、給電ラインを遮断するというものだ。 制御機能のみを備えるコントローラICを使用する場合、スイッチンDELL XPS L501xバッテリー素子を選択する必要がある。コントローラ機能とパワーFETを搭載するIC製品（以下、レギュレータIC）もあるが、大電力を扱う用途などをターゲットとするコントローラICの場合、パワーFETは外付けで使用することになる。扱う電力が1kW以上の場合には、IGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を使う設計者もいる。また、低コスト化、低消費電力化を目的として、従来型のバイポーラトランジスタを使用する方法もある。例えば、英CamSemi社のコントローラIC「C2471」を使えば、安価なバイポーラトランジスタを制御することができる。 PI社のレDELL XPS L701xバッテリーギュレータICファミリ「TOPSwitch」は、725Vという高電圧に対応するパワーMOSFETとコントローラ回路を1チップ上に集積している。それに対し、米Fairchild Semiconductor社のレギュレータICファミリ「FPS」では、1つのパッケージにコントローラとパワーMOSFETそれぞれのチップを収容する構成としている。 Fairchild社は、米Texas Instruments（以下、TI）社やスイスSTMicroelectroniDELL Inspiron 17Rバッテリーcs（以下、ST）社らと同様に、制御機能のみを備えるコントローラICの製品ラインも持っている。コントローラICを使用する場合には、米Vishay Intertechnology社、米ON Semiconductor社、米International Rectifier（以下、IR）社、米IXYS社、ルネサス エレクトロニクス、TI社、ST社らが提供しているようなスイッチング素子を選択する必要がある。Fairchild社自身も、高いブレークダウン電圧に対応しつつ、チップサイズをFujitsu FPCBP79APバッテリーえることでコスト低減を実現したスーパージャンクションMOSFET「SupreMOS」を発表している。 電源のソフトスタートを可能にするための回路を設けたいと考えるケースもあるだろう。その場合、入力電力が断続的であってもソフトスタート機能が適切に動作するようにしなければならない。コントローラICには、ソフトスタート機能Fujitsu FPCBP79バッテリーも提供しているものが多い。また、多くのレギュレータIC/コントローラIC は、過熱/過電流に対する保護機能も内蔵している。かつては外付けで実現しなければならなかった各種の保護機能が、現在ではIC上に実装されているということである。 ここまでに触れた設計上の問題に対する検討は、設計プロセスにおける始まりにすぎない。当然のことながら、スイッチングアーキテクチャの選定も、実施しなければならFujitsu FM-42バッテリーないことの1つである。例えば、絶縁境界を越えてフィードバック電圧を伝送しなくてもよいようにコントローラICを2次側に配置するかどうか、同期整流方式を採用するのか否かといったことを決定しなければならない。同期整流方式では、整流ダイオードをFETに置き換え、それをコントローラICによって適切なタイミンFujitsu 0644340 バッテリーグでオン/オフに制御する。ただし、コントローラICを2次側に配置する場合には、そのICを駆動するための電力を、絶縁境界をまたいで供給する必要がある。 もう1つ決定しなければならないのは、電流モードと電圧モードのうちどちらのフィードバック方式を用いるのかということである。電流モードのフィードバックでは、制御におけるパラメータとして1次コイルの電流量を用いる。この方法では、1次側の状態が制御ループには含まれず、Fujitsu 0644190バッテリー1次インダクタンスに伴うポール（極）がなくなる。電流モードの制御では、ドミナントポール（ファーストポール）だけが存在し、安定性が高い。そのため、多くの技術者がこの手法を好んで使用している。なお、電流モードの制御では、スイッチングトランジスタを流れる電流を常に監視することで、過電流によって同トランジスタが破壊するのを防止することになる。アプリケーションプロセッサとベースバンドプロセッサFUJITSU FPCBP86バッテリー、これら2つのプロセッサの違いについても言及しておいた方がよいだろう。実際のところ、現在は1つのダイに両プロセッサを集積する傾向にあるため、区別して呼称することは適切ではなくなりつつある。 アプリケーションプロセッサは、ユーザーアプリケーションを実行し、複雑なオペレーティングシステムをサポートする他に、強力なマルチメディア処理機能を有し、Javaなどの仮想マシンをサポートし、セキュリティ機能を実装している。FUJITSU FMVNBP121バッテリー一方のベースバンドプロセッサは、携帯電話機用のさまざまな音声/データプロトコルを含む無線通信機能の処理を担っている。アプリケーションプロセッサとベースバンドプロセッサの区別については、ARMのライセンシー企業によって見解が異なるようだ。例えば、Texas Instruments（TI）は2008年10月に、「ベースバンドプロセッサは標準化が進んだため、十分な利益が得られなくなった」として、事業撤退を発表した。一方、Qualcommは、ベースバンド処理機能をSnapdragonの大半の製品に組み込んでいる。もちろん、ベースバンド処理機能を備えていない「APQ（Application Processor Qualcomm）」シリーズもある。FUJITSU FPCBP36バッテリこれとは逆にNVIDIAは、ベースバンド処理機能を組み込むことでアプリケーションプロセッサのダイサイズを増えたり、技術の進展を制限したりすることは理にかなっていないとする考え方を貫いている。 PR |
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