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ルネサスのGaN電源、100W級から500Wへ対応を拡大

この記事のポイント

  1. 実現したこと

    GaNを使うHWLLC電源構成が、産業機器などに向けた500W以上の動作に対応する。

  2. 実現の仕組み

    力率補正の位相シフト制御でリップルを打ち消し、部品の小型化と電流の均等化につなげる。

  3. 得られた結果

    ルネサスは240WのUSB電源アダプター設計で、電力密度3W/ccとピーク効率96.5%を達成したとしている。

  4. 従来との違い

    電源製品群に、電力変換、USB給電、GaN駆動、同期整流を担う4種の制御ICが加わった。

作業台に置かれたGaN電源の評価基板。基板上に2つのコイル、中央のトランス、電力変換部品が並び、USB-Cケーブルが出力端子につながっている。
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GaNを使うAC/DC電源のHWLLC構成が、100W級から500Wへ対応範囲を広げた。力率補正と共振電力変換を統合する制御ICを中心に、USB給電、GaN駆動、同期整流を組み合わせる。240WのUSB電源アダプター設計では、ルネサスがピーク効率96.5%を達成したとしている。

力率補正と共振電力変換を一つのICで制御

半導体メーカーのルネサス エレクトロニクスは、GaNを使うHalf-Wave LLC(HWLLC)方式の電源構成を、100W級の設計から500Wへ拡張した。産業機器やIoT機器、インフラ設備に向け、500W以上の動作に対応するとしている。

構成の中心となる制御IC「RRW11011」は、インターリーブ方式の力率補正(PFC)とHWLLCによる共振電力変換を一つに統合する。ルネサスによると、PFCの位相シフト制御がリップルを打ち消し、部品の小型化と電流の均等化に寄与する。

5~48Vの出力と最大240WのUSB給電を制御

統合制御ICは5~48Vの出力範囲に対応する。ルネサスは、このICを含め、独自のzero-standby power(ZSP)技術を基にした4種の制御ICを電源製品群へ追加した。

USB給電側は、プロトコルと閉ループ制御を担うIC「RRW30120」が受け持つ。このICの最大USB給電電力は240Wで、電源構成全体の500W以上という対応電力とは対象が異なる。

GaNの駆動と同期整流を専用ICが担う

電力変換を支える駆動回路には、ハーフブリッジ用のGaNゲートドライバー「RRW40120」を使う。同期整流は制御IC「RRW43110」が担い、電力変換とUSB給電の制御にこれらの機能を組み合わせる。

ルネサスは、次世代AC/DC電源に使うGaNのスイッチング性能が、磁性部品の小型化と損失低減に寄与すると説明している。4種のICを組み合わせた240WのUSB Extended Power Range(USB EPR)電源アダプター設計では、電力密度3W/ccとピーク効率96.5%を達成したとしている。

240W電源の評価ボードまで提供

4種の新しいICに加え、評価ボードも3月23日の発表時点で提供されている。部品単体と、電源として組み合わせた評価環境の両方が用意された。

評価ボード「EBC10293」は、240WのUSB PD EPR電源を対象とする。PFC、AC/DC変換、USB PD制御を一つのボードへ統合している。