特集：電源用半導体技術
開発の背景 近年、爆発的に急拡大している薄型ＴＶ市場において、特にＬＣＤマイナスＴＶ市場の伸びは著しく、２００６年度には５０００万台に達すると予測されている。ロームでも早い段階からこの市場に着目し、大型ＬＣＤマイナスＴＶパネルに最適なシステム電源を開発してきた。ＬＣＤマイナスＴＶパネル用電源では、特に低損失、安定動作、安全設計、電源起動シーケンス等が要求されるため、この要求に応えるべくロームが開発したシステム電源ＩＣ「ＢＤ８１６０ＥＦＶ」を紹介する（写真）。  ロームのＬＣＤ-ＴＶパネル用システム電源ＩＣ「ＢＤ8160ＥＦＶ」 【１】９５％高効率と広い安定動作範囲を実現した昇圧ＤＣ-ＤＣコンバータ内蔵！ ＢＤ８１６０ＥＦＶは、ＬＣＤマイナスＴＶパネル駆動用に必要な電圧を低損失で出力する４チャンネルシステム電源である。このＩＣは昇圧ＤＣ-ＤＣコンバータ、降圧ＤＣ-ＤＣコンバータ、正側電圧出力レギュレーテッドチャージポンプ、負側電圧出力レギュレーテッドチャージポンプが内蔵されている。 まず紹介する昇圧ＤＣ-ＤＣコンバータ部は２.６Ａの能力を持つＮｃｈＦＥＴを内蔵しており、高効率・低損失に昇圧ＤＣ-ＤＣコンバータを構成することが可能である（図１）。また、ＬＣＤマイナスＴＶパネル用の昇圧ＤＣ-ＤＣコンバータでは、入出力電圧差が小さく、最小デューティ性能が入力電圧範囲を制限してしまうため、スイッチングパルスの最小デューティ性能が求められる。  【図1】昇圧ＤＣ-ＤＣコンバータ電力効率 大型ＬＣＤマイナスＴＶパネルの入力電圧はおおよそ１２Ｖが使用され、昇圧ＤＣ-ＤＣコンバータの出力電圧は１５Ｖ以上が一般的に使用されている。入力電圧が上昇し出力電圧に近づくと、昇圧ＤＣ-ＤＣコンバータはデューティを減少させ、出力電圧を安定するように動作する。 したがって、小さいデューティパルスを実現できるほど、入力電圧が上昇しても出力電圧を安定に保つことが可能である。ＢＤ８１６０ＥＦＶでは、スイッチングスピードを従来の２倍に上げることで高速スイッチングを実現し、最小３％を実現した。これにより入力電圧の安定動作範囲の上限が、従来の１４Ｖ程度から約１Ｖ改善した（図２）。 
【図2】昇圧ＤＣ-ＤＣコンバータ最小デューティ波形
【２】電源起動シーケンスの完全制御回路を内蔵！ ＬＣＤマイナスＴＶパネル駆動回路は、主としてソースドライバ回路、ゲートドライバ回路、タイミングコントローラの３つのＬＳＩにより構成されている。ソースドライバは、パネル内各液晶セルに印加する電圧を出力するものであり、一般的にロジック信号電圧（３.３Ｖ等）、ソース電圧（１５Ｖ等）の２電源が必要となる。 ゲートドライバ回路はパネル内ＴＦＴ素子のＯＮ/ＯＦＦに使用され、ロジック信号電圧（３.３Ｖ）およびゲートＯＮ/ＯＦＦ電圧（ゲートＯＮ電圧は通常２０Ｖ以上、ゲートＯＦＦ電圧は通常マイナス５Ｖ以下）の３電源が必要となる。これらドライバＩＣは、内部ロジック安定動作およびリセットのために電源起動シーケンスが必要となるが、従来まではディスクリート回路で構成されていた。 ＢＤ８１６０ＥＦＶでは、４チャンネルシステム電源プラスシーケンス制御用の回路も内蔵されており、最少の外付け部品で、各ドライバＩＣに必要なシーケンスを制御することが可能である。この付加機能により、部品削減、実装スペース削減、トータルアプリケーション削減といったメリットを実現できる（図３）。  【図3】起動シーケンス波形 【３】アプリケーション部品のショート対策を施した高破壊耐量を実現！ ＴＶセットはリビングの主役であるだけではなく、長年の使用にも耐えうるべく、長寿命、高破壊耐量が求められる。これらの信頼性の要求はＬＣＤマイナスＴＶパネルにも同様に求められている。また、ＬＣＤマイナスＴＶパネルモジュールに使用されるシステム電源では、３０点以上の外付け部品とともに使用されるため、これら外付け部品ショート時もＩＣが破壊しないような対策が必要となってくる。 ＢＤ８１６０ＥＦＶでは、このフェールセーフに基づき、アプリケーション部品がショートしてもＩＣを破壊から守る電源システムを採用している。一例を挙げると、昇圧ＤＣ-ＤＣコンバータ部の出力電圧設定には、帰還抵抗と呼ばれる抵抗分割が用いられ、抵抗比を調整することによって出力電圧値が決定される（図４）。この抵抗がショートした場合を考えると、まず図中Ｒ1ならば、帰還入力端子ＦＢに昇圧出力電圧自体（１５Ｖ以上）が印加されることとなる。 従来のＩＣであれば、帰還入力電圧は１.２５Ｖ程度で安定するため低電圧素子で構成することになり、１５Ｖ以上の高電圧で破壊してしまうが、このＩＣでは２０Ｖ以上の電圧に耐えうるべく高耐圧化を施した。また、図中Ｒ2がシュートした場合、昇圧出力は限りなく昇圧しようと動作するため内蔵のＦＥＴの耐圧以上まで昇圧を行い、破壊に至ってしまう。そのため昇圧出力自体に過電圧保護回路を導入し、内蔵のＦＥＴの過電圧破壊を防止した。  【図4】昇圧ＤＣ-ＤＣアプリケーション回路 【４】その他の特徴 ＢＤ８１６０ＥＦＶのＤＣ-ＤＣ部分はともに高耐圧・大電流ＦＥＴを内蔵しており、低発熱・高効率で出力を供給することが可能である。フルＨＤパネル等の駆動電流の大きいパネルに関して、特にメリットを発揮できると考えられる。正負２出力のレギュレーテッドチャージポンプも外付け部品最少で安定した出力電圧を得ることができ、前述のように起動タイミング制御が可能である。 保護回路としては、異常発熱時に回路をシャットダウンする温度保護回路、出力ショート時等過大電流からＦＥＴを守る過電流保護回路、昇圧ＤＣ-ＤＣの過大電圧を制限する過電圧保護回路、低入力誤動作防止回路を内蔵し、負荷の異常動作時にも対応できる仕様となっている。 また、パッケージは背面サーマルＰＡＤの付いたＨＴＳＳＯＰマイナスＢ２８パッケージを採用し、放熱面においても省スペースのまま最大限の放熱性が得られる（図５）。  【図5】外形寸法図 終わりに今後もロームではＬＣＤマイナスＴＶパネルアプリケーションに最適な付加価値を内蔵したシステム電源を開発し、市場の拡大に貢献していく方針である。 ＜ローム（株）ＬＳＩ商品開発本部＞ |