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FPGA의 전원 요구를 만족하는 스위칭 레귤레이터 컨트롤러고속 과도 응답의 키 테크놀로지 「H3Reg」란?

2018.05.24

BD95601MUV 및 BD95602MUV는, 저전압 대전류라는 최근의 전원 사양에 대응하는 스위칭 레귤레이터 컨트롤러 IC입니다. 고효율이며 다양한 보호 기능을 구비함과 동시에, 높은 정밀도와 안정성을 필요로 하는 FPGA 및 CPU의 전원으로서 최적의 성능을 지니고 있습니다.

저전압 대전류의 조건에서, 전압 정밀도를 유지하며 높은 안정성을 확보하기 위해서는, 부하 과도 응답이 고속일 필요가 있습니다. 부하 전류가 급격히 변동될 때, 출력전압은 순간적으로 변동됩니다. 이를 얼마나 신속하게 회복하는가는 부하 과도 응답 특성에 달려있습니다.

부하 과도 응답 특성을 고속화하기 위한 제어 방법으로서, 고정 온 타임 제어가 잘 알려져 있습니다. BD95601MUV 및 BD95602MUV는, 로옴의 독자적인 「H3Reg」 제어 방식이 채용되고 있습니다. 이것은 고정 온 타임 제어 방식의 과도 응답 특성을 한층 더 고속화한 진화형의 고정 온 타임 제어 방식입니다. 하기는 「H3Reg」의 동작에 대한 설명입니다.

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  • ・FB 핀에는, 내부 전압 제어 콤퍼레이터 입력의 기준전압 (REF)과 비교하기 위해 분압된 출력전압이 귀환된다.
  • ・통상 동작에서 H3Reg 컨트롤러는, FB 핀의 전압이 REF 전압 이하가 된 것을 검출하면, 하기의 식으로 정해지는 시간 (tON) 안에 HG를 ON (High-Side 트랜지스터를 ON)하여, 출력전압을 상승시킨다.

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  • ・tON 후에 HG가 OFF되면, LG를 ON (Low-Side 트랜지스터 ON)하고, FB 핀 전압이 강하하기 시작하여 REF전압과 동일해지면 LG를 OFF한다.
  • ・이를 반복하여, 출력을 일정하게 유지한다.
  • ・부하 급변 시, 출력이 저하되어 FB 핀 전압이 정해진 tON 시간을 초과하여도 REF 전압 이상으로 상승하지 않는 경우, tON 시간을 연장하여 보다 많은 전력을 공급함으로써, 출력전압의 복귀 속도를 높인다. 즉, 과도 응답 특성이 향상된다.
  • ・출력전압이 복귀하면, 통상 동작으로 돌아온다.

FPGA 및 CPU 등에서는, sleep 상태에서 풀가동으로 바뀔 때, 이러한 급격한 부하 전류의 변동이 일어납니다. 그에 반해 전원전압은 변동이 매우 적어, 신속하게 복구하지 않으면 FPGA 및 CPU의 동작에 영향을 미치게 됩니다. 출력전압이 낮아질수록 부하 과도에 의한 변동의 허용이 작아지며, 부하전류의 변동이 클수록 전압 변동이 커집니다. 따라서, 저전압 대전류라는 조건은 전원에 있어서 매우 중요하므로, 이에 대응 가능한 성능을 구비할 필요가 있습니다.

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