産業機器に求められる電源ソリューションの特長と適用例のご紹介
産業機器では、規格準拠や安全面の課題解決に苦労されるケースが多いかと思います。今回、産業機器向けに最適化された電源ソリューションとして、高効率、高信頼性、高耐圧などの特長を持つAnalog Devices Inc.（以下、アナログ・デバイセズ社）の代表的な電源製品を取り上げ、それぞれの技術的な特長と適用例をご紹介します。
産業機器アプリケーション
一例として以下がプログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)のブロック図です。
左側のアナログ入力部と右側のデジタル・インターフェース部で構成されておりそれぞれ24Vの電源が供給され、両間は絶縁されています。
出典：アナログ・デバイセズ社
これらユニットやモジュールの電源機能を設計するには以下の要求事項があります。
- 高い信頼性と耐久性
高温や振動などの厳しい環境条件下でも確実に機能する必要があります。 - 高効率
二酸化炭素排出量削減の観点から電源効率を考慮する必要があります。 - 広い入力電圧範囲
産業用途では、さまざまな電圧の電源が用いられることがあります。そのため広範囲の入力電圧に対応できる柔軟性が求められます。 - 安全性
過電流保護、過熱保護などの安全機能が組み込まれていることが重要です。
その一方で以下の課題もクリアする必要があります。
- 小型化
設置スペースの制限対応やより多くの機能を搭載するために小型化が必要です。 - EMI(電磁干渉)の低減
電源ICは他の電子機器に干渉を与えないよう、EMIを最小限に抑える必要があります。
アナログ・デバイセズ社の電源ソリューション
上記の要求や課題に対するお困りごとを解決する代表製品をご紹介します。
60V入力降圧コンバーター：MAX17570
MAX17570は高効率と高電圧を特徴とする同期整流式降圧DC/DCコンバーターです。MOSFETを内蔵しており、4.5V～60Vの広い入力電圧範囲で動作します。このコンバーターは、3.3V（MAX17570A、MAX17570D）、5V（MAX17570B、MAX17570E）、および調整可能な出力電圧（MAX17570C、MAX17570F）で最大300mAの出力電流を供給します。
出典：アナログ・デバイセズ社
- 高効率
- 内部位相補償タイプなので設計が容易
- 動作温度範囲(Ta：-40℃ to +125℃)
- 各種保護機能(過電流制限保護、サーマルプロテクション、UVLO)
- CISPR32（EN55032）クラスBの伝導エミッションと放射エミッションに準拠
超低ノイズ降圧コンバーター：LT8625SP
LT8625SP/LT8625SP-1同期整流式降圧レギュレーターには、第3世代のSilent Switcher技術(Silent Switcher3)が搭載されています。この技術は、独自の設計によって超低ノイズ・リファレンスとSilent Switcherアーキテクチャを組み合わせて、高効率性と優れた広帯域ノイズ性能を両立します。これまで効率とノイズの両立には降圧コンバーターの後段にLDOを組み合わせる必要がありましたが、 Silent Switcher3製品の使用によりLDOを削減し、コストとスペースのメリットを得ることができます。
出典：アナログ・デバイセズ社
- 高効率
- 低RMSノイズ（10Hz～100kHz）：4μVRMS
- 動作温度範囲(Tj：-40℃ to +150℃)
- 高ゲイン誤差アンプによる超高速過渡応答
- スイッチング周波数(300kHz to 4MHz)
SilentSwitcher3ではSilentSwitcher1,2の特長に加え、内部のリファレンス回路を従来の電圧から電流に変更することで低周波領域のノイズ低減を実現しています。
出典：アナログ・デバイセズ社
インダクタ内蔵電源モジュール：uModule
電源設計において、小型化・低ノイズ・低発熱という相反する関係を成立させることは容易ではありません。
またそれらを成立させるために回路定数の選定や基板設計、回路検証に多くの時間を費やすこととなりますが、電源モジュールは主要部品が1パッケージに収められており、部品選定や基板設計、動作検証に要する時間を短縮をすることが可能です。
出典：アナログ・デバイセズ社
代表製品の一例は以下のとおりです。
超高PSRR降圧電源モジュール：LTM8080
出典：アナログ・デバイセズ社
- 超高PSRR：100kHzで80dBでノイズに敏感なシステムに最適
- Switcher®（サイレント・スイッチャ）アーキテクチャ
- CISPR22クラスBおよびCISPR25クラス5に準拠
超小型降圧電源モジュール：MAXM17372
出典：アナログ・デバイセズ社
- 超小型(2.6mm × 3mm × 1.5mm)でLDOからの置換に最適
- CISPR22 (EN55022) Class B伝導および電磁放射に適合
- 落下、衝撃、および振動の規格に合格—JESD22—B103、B104、B111
絶縁電源：ADuM642xA
高電圧側と低電圧側の分離やグランドループ対策が必要な場合、信号と電源を1チップで絶縁可能な製品です。
出典：アナログ・デバイセズ社
- 出力電流：最大100mA
- 4本のDC～100Mbps信号絶縁チャンネル
- 最小沿面距離8.3mmの28ピン精細ピッチSOIC
- 高いコモンモード過渡耐圧：100kV/μs
- 安全と規制に関する認定（申請中）
・ UL認定（申請中）
・CSA Component Acceptance Notice 5A（申請中）
・VDE V 0884-11適合性認定（申請中）
・GB4943.1-2011に準拠するCQC認定（申請中）
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アナログ・デバイセズ社製品取り扱い説明動画集
アナログ・デバイセズ（NASDAQ: ADI）は、物理的世界とデジタル世界の架け橋となり、インテリジェント・エッジでのブレークスルーを実現する、グローバルな半導体企業です。
アナログ・デバイセズは、アナログ、デジタル、そしてソフトウェアの技術を組み合わせて、工場のデジタル化、モビリティ、デジタル・ヘルスケアの進歩に寄与し、気候変動に取り組み、高い信頼で人と世界とを接続するソリューションを実現しています。2022会計年度の収益は120億ドルを超え、世界で約25,000人の従業員と125,000社のお客様を擁するアナログ・デバイセズは、現代の革新者たちに「想像を超える可能性」を提供します。