【東芝デバイス＆ストレージ】トランスを不要にした独自のStar-Deltaスイッチング回路方式で業界最高の電流密度の48V入力1V出力DC-DC電源ICを開発

本方式を適用したDC-DC電源ICの試作では、電流密度が業界最高注１の730～790mA/mm2であることを確認しました。また本試作では、電流密度を高めるため、ゲートドライバー回路で必要容量が低い昇圧回路を開発し、従来の昇圧回路と比較して実装面積を最大61％削減しました(当社調べ)。さらに変換効率を高めるため、レベルシフト回路注8において電流消費が必要なタイミングで動的にバイアス電流供給を可能とする回路を開発し、本回路を使用しないレベルシフト回路と比較してバイアス電流を最大92％削減し、最大88％の電力変換効率を確認しました（図3）(当社調べ)。今後、さらなる改良を進め、早期実用化を目指します。

当社は、本技術の詳細を、6月16日～20日に米国・ハワイで開催された半導体の国際学会「2024 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits」において発表しました。



注1　パワースイッチ混載、80％以上の変換効率かつ2.5MHz以上のスイッチング周波数を有する48V入力1V出力DC-DC電源ICにおいて。(2024年6月時点、当社調べ)
注2　導通損失：電気素子とその配線に電流が流れる際に発生する電力損失のこと。 このとき消費した電力は熱として外部に放出される。
注3　ハイブリッド型非絶縁回路方式：トランスの代わりにインダクターとキャパシターの組み合わせでパルス幅の拡大を実現する回路方式。
注4　キャパシター数：(必要キャパシター数)／(パルス幅の拡大倍率)の値。キャパシターの冗長性を計る尺度。
注5　スイッチングレイヤー：ハイブリッド型非絶縁回路方式において、その中間ノードのスイッチング区域のこと。従来のBuck回路方式ではスイッチングレイヤーが一つのみで、入力電圧の範囲でスイッチングする。
注6　Star配置：結線がYの形（星の形）になっている配置。
注7　Delta配置：結線がΔの形（三角形）になっている配置。
注8　レベルシフト回路：入力信号と同じ波形で、異なる基準電圧値（レベル）に変換（シフト）し出力する回路のこと。一般のDC-DC電源ICではパワースイッチを縦積みに配置するため、各スイッチの基準電圧値が異なっており、各スイッチにレベルシフト回路を設ける必要がある。





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