DC/DC電源に外部フィルタを使用する場合

重要なパワー信号フィルタリング

DC/DC電源の設計には、プリント基板に直接組み込むフルカスタムのディスクリート設計から、最小限のエンジニアリングと設計のみを必要とするシンプルなプラグアンドプレイ・モジュールまで、さまざまな手法があります。理想的な電源設計には、出力される電力信号の周波数や大きさにばらつきがなく、出力信号のノイズがゼロであることが求められます。しかし、この理想に近い電源を実現するためには、膨大な量のフィルタリングと電圧安定化のためのハードウェアが必要となり、サイズとコストが膨大になってしまいます。ただし、どのような電源方式であっても、電源の入出力の両方に何らかの電源フィルタリングを施すことで、あらゆる動作条件の下でデバイスが期待通りに動作することを保証することができます。

すべてのDC/DC電源モジュールには、一般的な信号の変化に対応しモジュールの基本的な機能を実現するシンプルなフィルタが内蔵されていますが、電源設計者が独自に外部フィルタリング回路を追加する必要がある場合もあります。ユーザーが独自の外部フィルタリング設計を採用できることで、製品のサイズ、価格、全体的なデザインに大きな影響を与えるフィルタリングの厳格さあるいは適応性に柔軟に対応することができます。例えば、アプリケーションによっては、電気機械装置が多用される工業環境で良く見られる伝導性のEMIに非常に敏感なものがあります。

したがって、ノイズの多いEMI環境でこのような敏感な部品を使用したい場合は、電源がクリーンでない場合やブラウンアウトが発生した場合でも、デバイスの確実な動作を保証するために、大規模な電源入力フィルタリングを追加する必要があります。一方で、入力が安定していて低ノイズのアプリケーションにおいては、電源モジュールに内蔵されている入出力フィルタで十分に対応できるため、電源設計者はコストと基板面積の両方を節約することができます。

モジュールソリューション

RECOMは、設計者に高い電力変換効率を提供する高効率、省スペースのDC/DCパワーモジュールであるRPXシリーズをカタログに追加しました。RPXシリーズには様々な構成と出力電流の定格がありますが、その真価は優れた熱効率にあります。従来の内部基板ではなく銅製のリードフレームを採用することで、熱性能を損なうことなく極めて小さなフットプリントを実現しています。

例えば、RPX-4.0は、3.8～36Vの入力電圧、1～7Vの調整可能な出力電圧、5mm×5.5mmのコンパクトなフットプリントと4.1mmの低背という素晴らしい仕様を備えています。このような小さなサイズで4Aの出力電流を供給できるにもかかわらず、洗練された内部の熱管理により、多くの場合、強制空冷を必要としません。この高出力電流により、5Gモデム、電気機械式アクチュエータ、ドローンなどのピーク負荷が高いアプリケーションでも、出力電圧が一時的に規格外になることなくピーク電力を十分に供給することができます。

非常に先進的なRPX電源の3DPP®パッケージングとアセンブリ技術（リードフレーム上のフリップチップ）により、その高効率が実現されています。PCBを内蔵しないため熱伝導性が向上し、一体型のインダクタ設計によりEMIループの距離を最小限にすることで、モジュール全体のEMIを低減します。

RPX-4.0は、2つの外付けコンデンサと2つの出力電圧設定用抵抗を追加するだけで、最小構成のRPXベースDC電源を作ることができます。より要求の厳しいアプリケーションでは、RPX-4.0の入力側にフィルタリングコンデンサやラインインダクタを追加することで、放射および伝導EMIをクラスBレベルまで低減することができます。出力側にシンプルなLCフィルタを配置すれば、リップルや電源信号のノイズをさらに低減し、マイクロコントローラやIoTワイヤレスソリューションなどのバス電圧に敏感な重要部品を使用することができます。また、RPXの評価ボードRPX-4.0-EVM-1により、電源設計者は、アプリケーションに合わせて様々な抵抗/コンデンサやコントローラ/センサの構成を簡単に最適化することができます。