電源設計

電気自動車（EV）の充電や太陽光発電などの高電圧システムでは、システムの小面積化や効率的な保護／監視／制御を実現する電流センシングのニーズが高まっている。そうしたニーズに応え、Texas Instruments（TI）は新たなホール効果型電流センサーを発表した。日本テキサス・インスツルメンツが、新製品の特徴や使用例を解説する。

システムの高機能化や高度化が進むにつれ、設計を担当するエンジニアは設計の複雑さ、小型・軽量化、開発期間の短縮といった課題を抱えることになる。Texas Instruments（TI）が発表したPLDファミリーと設計ツールによって、概念設計からプロトタイプ作製までの時間を最短で数分に短縮できる。

AI（人工知能）やEV（電気自動車）などの普及で電力消費量が増加し、電源供給システムはより省スペースでより大電力を供給する電力密度の向上が求められている。Texas Instruments（TI）が発表したパワーモジュールは、磁気部品と電源チップをワンパッケージに集積する新しい技術「MagPack」を用いることで電力密度を2倍に高めた。

太陽光発電システムやデータセンター、EV（電気自動車）など、さまざまなアプリケーションの電源ユニットにおいてより高い電力密度の要求が高まっている。Texas Instruments（TI）が発表した100V GaN統合型パワーステージとトランス内蔵の1.5W絶縁型DC/DCモジュールは、このニーズに応える製品だ。100V GaN統合型パワーステージはシリコンを採用する場合に対してボードサイズを40％削減できる。トランス内蔵の1.5W絶縁型DC/DCモジュールでは外付けの大型トランスが不要なのでソリューションサイズを最大で約80％削減可能だ。

ノートPCなどの電源アダプターは「大きくて重いもの」。そんな“常識”が変わるかもしれない。Texas Instruments（TI）が発表した新しいGaN FETは、電流センシング機能を統合したことでAC/DC電力変換システムの高効率化と小型化を両立させられる製品だ。標準的な67W電源アダプターであれば、Si FETを用いた従来品よりも50％小型化できる。電源アダプターやUSB電源の大幅な小型化に大いに貢献するはずだ。

電気自動車（EV）や工場の自動化で使われる制御機器では、エネルギー効率の向上のためにより高精度な電流センシングのニーズが高まっている。Texas Instruments（TI）はこうした要求に応えるべく、電流センシングソリューションを拡充している。2023年8月には、EVの800Vバッテリーシステムでも使えるホール効果電流センサーや電流センシングソリューションを大幅に小型化するシャント抵抗内蔵電流モニターを発表した。いずれも、電流検知システムの設計を簡素化できる製品だ。

電気自動車（EV）において、トラクション・インバータの高効率化はEVの航続距離の延長に直結する重要な要素だ。既存のトラクション・インバータにおいてさらなる高効率化が課題となる中、Texas Instrumentsは新たなゲート・ドライバを開発した。ゲート駆動能力をリアルタイムに切り替えることでSiC-MOSFETのスイッチング損失を抑え、システム効率を最大2％向上させる。これにより、EVの航続距離を年間で最大1600km延長できる。

自動車や産業機器などの電気システムでは、EMI（電磁干渉）対策が重要性を増している。Texas Instruments（TI）が開発したスタンドアロンのアクティブEMIフィルタICを使えば、設計や実装が難しかったアクティブEMIフィルタを容易に構成できる。従来の受動EMIフィルタよりも大幅な小型化も可能だ。

産業機器や医療機器において、安全性を実現するための絶縁技術は欠かせない。使用年数が数十年に及ぶことも多いこれらの機器では、絶縁性能も、同様に長い期間維持することが求められる。そうした中、寿命（経年劣化）が存在するフォトカプラーに代わる絶縁素子として注目されているのがデジタルアイソレータだ。Texas Instruments（TI）は、20年以上にわたる研究開発と自社製造の強みを生かし、最新のデジタルアイソレータをはじめとする幅広い絶縁ソリューションを手掛けている。

システムの安全性と堅ろう性を実現するために欠かせない絶縁技術。絶縁性を確保する部品として、従来のメカニカルリレーに代わって台頭し始めているのが、可動接点部分のないソリッドステート・リレー（SSR）だ。20年にわたり絶縁技術に投資してきたTexas Instruments（TI）が電気自動車（EV）と産業機器向けに発表した新しいSSRは、従来のリレーから置き換えることで、システムの信頼性を向上しつつ、ソリューションサイズを最大90％削減することも可能になる。

世界的に「省エネ」への要求が高まる中、IoT（モノのインターネット）機器を含むバッテリー駆動機器にも、さらなる低消費電力化が求められている。Texas Instruments（TI）が、低静止電流技術と統合技術を駆使して開発した新しい昇降圧コンバータは、あらゆるバッテリー駆動システムに大きな省エネ効果をもたらす。

電気自動車（EV）の電源アーキテクチャでは、小型化や信頼性向上のために、各ゲートドライバに個別のバイアス電源を割り当てる分散型電源アーキテクチャへの関心が高まっている。Texas Instruments（TI）の絶縁型DC/DCバイアス電源モジュール「UCC14240-Q1」は、トランスと閉ループ制御を統合することで小型化を実現し、分散型電源アーキテクチャに活用しやすくなっている。

リアルタイム制御や産業用ネットワークのサポート、高性能処理、セキュリティなど、スマート工場や自動運転に必要とされる性能を、1チップで実現するマイコンが登場した。Texas Instrumentsは、マイコン設計のシンプルさとプロセッサレベルの処理性能を併せ持つ「Sitara AM2x」によって、マイコンの性能を“再定義”する。

今や、電子機器において不可欠となっているEMI対策。Texas Instruments（TI）は長年、EMIの低減とEMI規格適合への迅速化を実現する電源ICの開発に注力してきた。TIの最新の電源ICに搭載された、低EMI化に向けた2つのアプローチを探る。

テキサス・インスツルメンツ（Texas Instruments／以下、TI）は、豊富な品ぞろえを誇る半導体製品群を確実に届け、自然災害など不測の事態が発生した場合にも半導体製品を継続して迅速に供給できるよう、さまざまな取り組みを進めている。その一環として、2021年2月にはオンライン購入サイトを刷新。高信頼性製品、最新製品をどこよりも安く、早く、簡単、確実に手に入れることができるようになった。

電気自動車やハイブリッド自動車で注目度が高まっているワイヤレスBMS（Battery Management System）。Texas Instruments（TI）は、同社が強みとする高精度な電源制御技術とワイヤレスマイコンを組み合わせた、最新のワイヤレスBMSソリューションを発表した。TÜV SÜDの安全性評価に準拠した、ASIL-Dのシステムを「業界として初めて」（TI）実現した。

10年間、GaNパワーデバイスの研究開発に投資し、性能と信頼性を向上してきたTexas Instruments（TI）。同社が開発した新しい650Vおよび600VのGaN FETは、Siliconドライバや保護回路を統合することで、電力密度をさらに高めた製品となっている。

電源において、常に最も重要な課題の一つとなっているのが電力密度だ。電力密度の向上は、電源サイズの縮小、部品点数の減少、システムコストの削減など、多くのメリットに直結している。Texas Insrtuments（TI）は、4つの主要分野において、電力密度の向上におけるイノベーションをけん引している。

IoTとAIの時代が到来し、さまざまな機器で膨大な量のデータが処理され、グローバルなレベルでデータが行き交うことから、増加する電力需要に応えられる拡張機能を備えたパワーエレクトロニクス製品が求められている。Texas Instruments（TI）は、こうした要件を満たす、高い電力密度や変換効率を実現した最新のGaN製品や降圧型DC/DCコンバータを展開している。