高性能デジタル制御スイッチング回路の

鍵をにぎるアナログ技術

Jan- 2016

アジェンダ

•デジタル制御スイッチング電源回路の

市場動向と課題

•スイッチング回路開発向けのアナログ技術

•スイッチング･ノイズの解決策

•ST製品のご紹介

2

デジタル制御スイッチング電源回路の市場動向と課題 • 本講でのデジタル制御の定義

• デジタル制御電源の市場動向と付加価値提案

• デジタル・アナログ制御の住み分け

• マイコンによるデジタル制御のメリット・デメリット

本講でのデジタル制御の定義 4

•デジタル制御

• 汎用マイコンやDSPを使用し、フィードバックをPIDで制御

•アナログ制御

• 電源やモータ制御用の専用ICを使用し、フィードバックを PWMコンパレータで制御

•スイッチング回路

• MOSFETやIGBT等の素子を使用してスイッチング周波数が 数kHz～数MHz程度で動作する回路

今回は、特に近年、マイコン制御の導入が増えてるAC/DC、DC/DC、PFC等のスイッチング電源回路にフォーカスします。

マイコン・DSP

デジタル制御電源の市場動向 5 5

高性能 高効率

高精度

低消費

将来 現在

デジタル制御

デジタル制御電源への市場要求、導入のきっかけ

• 省エネ実現（変換効率向上）ため、きめ細かい制御や複雑な回路への対応

• 高性能でリーズナブルな汎用マイコンの登場

• ファームウェアを使った開発期間の短縮や機種展開の簡略化

• IoTの普及に伴うUART、I2Cなどの通信機能への対応

専用制御IC アナログ制御

デジタル・アナログ制御の住み分け 6

6

専用ICでのアナログ制御 マイコンでのデジタル制御

トポロジ フライバック(PWM、QR)

フォワード

電流共振(LLC)

臨界モードPFC

連続モードPFC

PWMフルブリッジ

フェイズシフト・フルブリッジ

インターリーブPFC

ブリッジレスPFC

消費電力 ～1kW 1kW～

アプリケーション 家電、液晶TV、ゲーム、MFP、セッ

トトップボックス、電動工具、アダプタ等

家電、エアコン、UPS、テレコム電源、EVチャージャー、WBC、車載用DC/DC、OBC、パワコン等

• デジタル制御を選択される領域

• 複雑な多出力の制御が必要

• マイコンと周辺部品の価格上昇がセット価格にあまり影響しない

• 連続モード制御（スイッチング周波数固定）

⇒ただ近年、効率改善やノイズ低減のためゼロクロス検出の 臨界モード制御も導入されている

デジタル制御電源導入による付加価値

例：電源モジュール + 無線モジュール・各種センサ

無線ジュール

BTLE、WiFi等 加速度センサ

電源モジュール

マイコン

温度センサ

消費電力計測

湿度センサ

各種センサ

通信

空気流量計

アプリケーションに拠って無線モジュールやセンサと通信する

通信

他モジュール

マイコン

他モジュール

7

デジタル制御のメリット・デメリット 8

• デジタル制御のメリット

• アプリケーションに合わせたトポロジー、制御方式、仕様、保護へのきめ細かな対応と高性能、高機能、高効率の実現

• 一度ファームウェアを開発すれば、ラインナップ展開・上位機種互換が容易

• 通信機能（UART、I2C、SPI等）に対応

• 仕様に合わせて、幅広いマイコンから選定可能

最適な回路構成やマイコン選定を提案、また高効率実現に向けた 最新パワーデバイスをご紹介します

• デジタル制御のデメリット

• 部品点数の増加により専用アナログICよりもコストアップ

• 初期開発のファームウェア開発工数

• トラブル時のHW/FWの切り分けが難しい

• 低電圧で動作するマイコンのため伝達ノイズに弱い

スイッチングにより発生するノイズ低減やノイズによる誤動作防止対策を ご提案します

スイッチング回路開発向けのアナログ技術 • スイッチング制御電源の種類・回路構成方式

• スイッチング制御に最適な汎用マイコン機能

• 電源構成図について

• PCBレイアウトでの基本

• 開発環境の準備

スイッチング制御電源の設計・評価工程 10

• 設計工程

• 仕様に合ったトポロジー、制御方式、保護機能等を決定

• HW設計、SW設計、部品選定

• シミュレーション評価

• PCBレイアウト設計

• 開発・評価環境の準備

• 評価工程

• 基本性能評価(機能、効率、力率、出力リップル、負荷応答等)

• 温度特性(低温、高温)、電圧範囲特性(減電、過電)、異常保護

• EMC(電磁適合性）試験: 放射・伝達ノイズ

• 各種省エネ規格/安全規格等の認定試験実施

スイッチング制御電源の種類・回路構成方式 スイッチング制御方式

11

• 電源とは？ ・商用交流電源から作る: AC/DC

・バッテリー等が生成する: DC/DC

• なぜスイッチング制御電源が必要か？ ・ドロッパ電源: リップル小、制御が単純、効率が悪い

・スイッチング電源: リップル大、制御が複雑、効率が良い

⇒安定度が必要な箇所以外はスイッチング電源

• 制御方法（ハードスイッチング・ソフトスイッチング)

タイミングチャート

ハードスイッチング ソフトスイッチング(ゼロクロス検出）

方法 電流が流れている連続モード(CCM)で スイッチング素子をON/OFF

電流(ZCS)または電圧(ZVS)をゼロクロス検出する 臨界モード(BCM)でON/OFF

制御 普通 複雑

駆動周波数 ・周波数固定 ・ONかOFFのどちらか固定した周波数変動

・周波数変動(～400kHz) ・周波数固定で位相シフト

効率 通常 良い

SWノイズ ON/OFFとも発生 ONは小さい OFFは大きい

ピーク電流 小さい 大きい

ハードスイッチング

電圧波形

電流波形

スイッチング損失

ソフトスイッチング

電圧波形

電流波形

スイッチング損失

スイッチング制御電源の種類・回路構成方式 ZVSフェイズシフトフルブリッジDC/DCコンバータ

12

A

A

制御用マイコン

STM32F334

出力

ゲート ドライバ

ゲート ドライバ

入力

Q1

Q2

Q3

Q4

T1 T2 T3 T4

Q1

Q2 Q4

Q3

タイミングチャート

電流経路

ブロック図

• すべてのMOSFETがON Duty=50%でZVS動作

• 制御用にタイマーに対して多数のイベントが必要

・制御：Q1→Q3のONタイミング

・Q1→Q2の遅延時間、

・同期整流ON/OFFの遅延時間

• 制御用にタイマーに対してフレキシブルなイベント設定

・遅延時間の設定はQ1のイベント完了後、時間設定が必要

遅延設定 位相シフト設定

スイッチング制御に最適なマイコン機能（1） フレキシブルなPWM生成

13

①イベント数が多い

PWM生成タイマに複数のイベントが必要

例: ON/OFFタイミング、最小ON/OFF幅

最大ON/OFF幅等

⇒STM32F334の場合はコンペアーマッチ(CMP)ｘ４

②フレキシブルなイベント設定

カウンタのリセットからだけでなく

他のイベント設定可能

例： ON幅に合わせてOFFのブランキング

時間や最大OFF幅が設定可能

⇒STM32F334の場合はCMP2と4が設定可能

STM32F334 High Resolution Timer使用例

② ①

14

Syn

ch

. M

OS

2 V

DS

Secondary MCU STM32F334C8

絶縁

DC/DC フルブリッジ

同期整流

48V DC

PW

M_

HS

1 Transf. Current

Output Voltage

Syn

ch

. M

OS

1 V

DS

Sensing & Condit.

PW

M S

R1

PW

M S

R2

Opto

COMP.

GPI/O

ADC1/2 Ch3

ADC1/2 CH2

ADC1 CH1

PW

M_

LS

1

PW

M_

HS

2

PW

M_

LS

2

HR TIM

Opto

400V DC

スイッチング制御に最適なマイコン機能（2） STM32F334の高解像度、PWM多出力のタイマ

ZVSフェイズシフトフルブリッジ制御ブロック図

STM32F334

タイマー解像度: 217ps

最小スイッチング

周波数(FPWM=76kHz)

最大スイッチング

周波数(FPWM=130kHz)

PWM出力解像度 60526 levels

(15.9 bit)

35384 levels

(15.1 bit)

Frequency

adjustment step 1.26 Hz 3.67 Hz

ハーフブリッジ共振制御(LLC)の必要な解像度

評価デモボード：500Wフルデジタル電源結果

(STEVAL-ISA147V3)

• タイマーに多出力PWMが必要な理由 ・下図のフルブリッジ+同期整流制御の場合は

MOSFETx6を制御する必要がある

⇒複数のタイマーやマイコンを使った場合、

通信での伝播遅延を考慮する必要があり複雑

• タイマーに高解像度が必要な理由 ・解像度が低いと出力電圧にリップルが発生したり

コイル・トランスの音鳴りになる

⇒今後、スイッチング周波数は高くなる傾向にあり

ますます高解像度のタイマーが必要となる

スイッチング制御に最適なマイコン機能（2） STM32F334の高解像度、PWM多出力のタイマ

15

• 最大10chのPWM出力

• 超高解像度

• 217ps (全chで出力可)

• マスタ-スレーブとして同期可能

（1ユニットをマスタとして5ユニットを同期スレーブとして使用）

• 144MHzカウントクロックをアナログDLL

により逓倍

• 自己補正機能付き

• No Temp/Vdd drift

• 外部イベントによる出力停止に対応 （OVP、OCPなどの保護機能はSWの

介在無しにHWで実行）

Master timer

ARR + 4xOC Ext. Sync In/Out

Trigge

r B

us

TA1

TA2

TB1

TB2

TC1

TC2

TD1

TD2

TE1

TE2

Cross-timer triggers

Cross-timer triggers

Timer B

Cross-timer triggers

Timer D

Cross-timer triggers

Fa

ult a

nd

Bu

rst

5 Fault inputs

External Events

(comparator or dig. In)

Timer C

Comparator

s

8x Inputs

Timer A

ARR /4xOC/1xIC

Timer E

DLL

DLL

DLL

DLL

DLL

STM32F334 High Resolution Timer使用例

16 スイッチング制御に最適なマイコン機能（3）

外部入力からPWM出力変更までの応答時間

コイル飽和時の電流波形 ゼロ電流検知用の入力電圧波形

• 異常保護検出時のPWM停止 ・過電圧、過電流、過負荷等の異常検出時に

PWM停止までの時間が遅いと大規模な破壊になる

⇒特に巻線コイル(トランス)のコアが飽和するとコイル

電流が50～100倍の急勾配になる（下図参照）

• ゼロクロス検出の精度向上 ・ゼロクロス検出後、PWMのON/OFFまでに遅延が

あるとゼロ電圧、電流からズレが生じて損失増加

0V

リンギングが生じる

ゼロ電流ポイント

17

HRTIM

COMP

DAC

Digital Fault入力

PWM出力 (30pF load)

Analog Fault入力

COMP

DAC

12ns

25ns 73-80ns

26ns

(FASTモード) 45-52ns

12ns

(FASTモード)

外部イベント入力

(Output set/reset

and synchronization)

従来のマイコンではCPUに割り込みが必要で高速応答が困難

スイッチング制御に最適なマイコン機能（3） 外部入力からPWM出力変更までの応答時間

STM32F3xxの外部イベント入力使用例

電源構成ブロック図例 18

各部品の耐圧や動作電圧範囲、ノイズの影響を考慮した最適な電源構成が重要

400V

12V

3.3V

Low side

Gate Driver

PM8841

AC/DC

VIPER26

LDO

LD1117V33

MCU

STM32F30x

3.3V 12V

Series Reg

L7805 5V 多出力電源系統にするメリット

・最適なデバイス選定が容易

・信号系とスイッチング系を分離

例：12V=ゲートドライバ電源

5V=各基準電圧

3.3V=マイコン用電源

多出力電源系統にするデメリット

・部品点数増加(コストアップ)

制御系用補助電源部：

メイン電源制御部：

低電圧動作のマイコンのノイズ対策

・GNDの独立配線

・フィルター（HW/SW）の強化

・絶縁された二次側に置く

PFC回路

レイアウトでの基本：LLC共振制御 19

帰還基準点

パワーGNDと信号GNDはこの帰還基準点に接続 短いパターン配線

INPUT VOLTAGE

PWR GND

Cr

Cbulk

短いパターン配線

最小ループで形成

1) ローサイドのMOSFETのソースと電解コンデンサ（Cbulk）のGNDを一点で接続

2) パワーラインを可能な限り短縮

3) ループ域を最小化

レイアウトでの基本：LLC共振制御（IC周辺部） 20

INPUT

VOLTAGE

GND10 RETURN STAR POINT

POWER AND IC

GROUNDS MUST BE

CONNECTED TO THIS

POINT

PWR GND

LINE

DELAY

CF

CSS

STBY

ISEN

RFmin

BOOT

Vcc 12

ALL SIGNAL RTNs HAVE TO BE CONNECTED TO

CONTROLLER GND PIN (#10)

KEEP ALL SIGNAL

COMPONENTS

CLOSE TO CONTROLLER

CERAMIC AND

ELECTROLITIC CAPs

FOR VCC CLOSE TO

PINS #12 AND #10

KEEP GATE-SOURCE DRIVING SIGNALS

LOOPS SMALL AND SYMMETRICAL

CBOOT CLOSE TO

CONTROLLER1) 信号系外付け部品は制御ICの ピンの近くに配置（特にCF（対称 性）、STBY、CSS、Delayに注意）

2) Cbootは制御ICの近くに配置

3) 電解コンデンサ（10～100uF）と セラミックコンデンサ（100～470nF） は制御ICのピン#12（VCC）とピン #10（GND）の近く配置

4) 信号系外付け部品のGND配線 （紫）は出来るだけ短く配線にして、 ピン#10（GND）の一点で接続

5) ピン#10（GND）から独立配線（紫）でGNDの帰還基準点に接続

6) フォトカプラのGNDと信号系外付け部品のGNDパターンを接続

• Nucleoボードは、STM32マイコン間で共通

• 2種類の拡張ヘッダ • Arduino Uno v3との接続

• Morpho ヘッダにより全てのペリフェラルへのアクセス可

• オンボードST-LINK/V2-1デバッガとプログラマ • mbedの利用可

• ドラッグ＆ドロップ プログラミングに対応

• Nucleoボード、および、外部のSTM32実装ボードを

ターゲットとして利用可

• 試作に最適 • 安価なSTM32搭載ボードはファミリ間で共通部品を実装

• ハード/ソフトの両面での調整において費用的リスクを回避

• オープンコミュニティーの利点 • 無限の拡張性

• ペリフェラルシールドの巨大なエコシステム

（Arduino）へ瞬時にアクセス可

• mbedのオンラインIDEを無償利用可

開発環境：ARM mbed対応 Nucleoボード 21

デバッガ（ST-LINK/V2)

ST-LINK/V2

ST-LINK/V2-ISOL

（絶縁耐圧 2500 VRMS）

STブース内の体験コーナーで無料配布中！

Nucleoを使った試作基板開発例 22

Nucleo基板

ST-Link 補助

電源 Gate

drive

r

PFC評価基板

1kW CCM PFC

主電源部

マイコン周辺部品

既存回路と接続が容易⇒開発期間の短縮

スイッチング･ノイズの解決策

• スイッチング・ノイズとは

• ノイズの影響低減のためのマイコンならではの対策

• 最新パワーデバイスの活用

スイッチング・ノイズとは 24

• スイッチング回路（素子）は自らがノイズ発生源

• “伝導ノイズ”と“放射ノイズ”を発生

• スイッチング素子の特性やパターンの寄生成分(LC)が スイッチングノイズ(スパイク）を生成（右図１．参照）

⇒ノイズによって自らや他の電子機器に影響 特に低電圧で動作するマイコンは影響を受け易い

• 一般的なノイズ対策

• LCRフィルタの追加

• パワーラインのレイアウト強化

• MOSFETのゲートにビーズコイル追加や抵抗調整

• スイッチングラインやセンスラインにシールド ⇒マイコンへのスパイクノイズを取り除くことは 困難（右図２．参照）で誤動作の原因

• マイコン制御でのノイズ対策

• ノイズ発生のタイミング(ON/OFF)で入力信号マスク （ブランキング時間の設定）

• デジタルフィルタ

• ゼロクロス検知の精度向上

2. スイッチング時のスパイクノイズ波形(50us/div)

マイコン

PWM出力

マイコン

オペアンプ

出力

マイコン

オペアンプ

入力

ONタイミング OFFタイミング

1. MOSFETスイッチングOFF波形(100ns/div)

ゲート電圧

ドレイン電流

(20A→0A)

損失計算

（電流×電圧）

ドレイン電圧

(0V→400V)

スパイク･ノイズ

マイコンを使った対策例 リーディング・エッジ・ブランキング（LEB）が必要な理由

①MOSFETがONタイミング センス抵抗でピーク電流を検知（OC pin)

ダイオードのリカバリ電流や容量成分の放電により

瞬間的に過電流が発生するが制御したいピーク電流

ではないのでOCにブランキング時間を設定

②MOSFETがOFFタイミング 補助巻線でゼロ電流検出(ZCD pin)

補助巻線で発生するのリンギングによりゼロクロスを

誤検出を防止するためブランキングタイム設定

25

① ②

①

②

臨界モードPFC制御回路

タイミングチャート ZCD入力波形

②

+

マイコンを使った対策例 汎用マイコンのタイマ使ったLEB機能

26

CH1

(PWM出力1)

CH2

(PWM出力2)

ETR

(イベントトリガー)

BKIN

(タイマーブレイク入力)

PWM出力

R

ブランキング信号

(オープンドレイン出力)

ZCD入力

(外部信号)

+

-

内蔵コンパレータ出力

過電流検出

LEB機能方法

• PWM出力と同じタイミングでオープン・ドレイン端子で入力ラインをLowに固定

• 内蔵コンパレータの出力で入力ラインをLowに固定

STM32マイコン内部 外部周辺回路

タイマ(TIMx)

マイコンを使った対策例 デジタル・フィルタ搭載の内蔵コンパレータ・タイマ

27

• デジタルフィルタ内蔵のタイマ・イベント入力

• プリスケーラで生成した周波数で動作する

カウンタに外部信号を入力

• コンパレータ出力にブランキング時間を設定

• 外部入力信号に出力でマスクする

デジタルフィルタ内蔵タイマ ブロック図

外部イベントのデジタルフィルタ コンパレータ出力デジタルフィルタ

二箇所でADCサンプリングを

行い傾きからゼロ電圧を算出

（HW遅延の考慮が必要）

MOSFET OFFタイミング ゼロ電圧より早い: 損失大

ゼロ電圧より遅い: ショート回路

MOSFET ONタイミング ゼロ電圧より早い:ショート回路

ゼロ電圧より遅い:損失大

時間

ドレイン

電圧

5Msps ADC使用したの場合:

21ns以上の傾き時間で実現可能

マイコンを使った対策例 ADCを使用したゼロ電圧検知ON/OFFタイミング設定

28

コンパレータ閾値を使用

一箇所の閾値のためゼロ電圧検知に

バラつきがある

ADC二点サンプリング使用

二箇所以上でサンプリングデータからゼロ電圧を算出するので高精度

最新パワーデバイスの活用 SiCショットキー・ダイオード（SBD）

29

• SiCの優位性

• Qrrが小さいため、ハードスイッチングのアプリケーションで高効率を実現

• SiCの弱点

• 正の温度係数を持っており、温度上昇に伴いVｆも上昇（Siは逆の特性）

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

IF(A)

VF

(V)

aVF>0

aVF>0

aVF>0

VF(V)

I F(A

)

25°C

125°C

aVF<0

電流が増加した際にVfが上昇して熱暴走する可能性

最新パワーデバイスの活用 SiC SBDのリカバリ特性

30

• スイッチングON時のSiCとSiのリカバリ特性比較

IF=8A ; dI/dt=400A/µs ; VR=400V ; Tj=125°C

SiC G2: STPSC6H065D

Tandem G2: STTH8T06DI

Tandem G1: STTH806DTI

STTH8R06D

2A/div

10ns/div

Qrrの小さいSiC SBDはスイッチングON時（ダイオードはOFF時）の

Trrが短くなるため損失が小さくなり効率アップ、またノイズも低減も可能

TANDEM G2

リカバリ電流発生経路

91

91.5

92

92.5

93

93.5

94

94.5

95

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Efficiency (%)

Load(%)

DCM mode CCM mode

Tjdiode50°C

Tjdiode120°C

最新パワーデバイスの活用 SiC SBD vs Si FRD 効率比較

31

• 効率比較

軽負荷時はすべて特性で差異が無い

CCM PFC 480 W, VIN = 115 V,

FSW = 100 kHz, dI/dt = 600 A/µs

STTH8R06

STTH806DTI

Tandem G2: STTH8T06DI

SiC G2: STPSC6H065

ファーストリカバリ・ダイオードに比べて

SiC SBDは効率が向上

+Vin Vout

PWM

TANDEM G2

特徴 利点

最大200Cまでの動作温度保証

(-55～200)

・熱設計が改善

・基板放熱面積やヒートシンクの削減

高温でのオン抵抗の上昇が少ない ・高効率

・基板放熱面積やヒートシンクの削減

スイッチング損失が少ないため

高い周波数動作が可能

・高効率

・受動部品の小型化

(コイルの低インダクタンス選択可能)

電極間容量が小さいため駆動が容易 大きなドライブ能力不要

非常に高速で堅牢なボディダイオード 外付けのフリーホイール用ダイオードが不要

最新パワーデバイスの活用 SiCパワーMOSFET : アドバンテージ

32

IGBT Eoff=734 µJ

Vgs

Vce

Ic

SiC MOSFET Eoff=188 µJ

Vgs

Id

Vds

P(KW) P(KW)

テスト回路条件:

Pin=5KW ,Vin=600V, Vout=800V, fsw=25Khz, D=27%, RG-on = RG-off =2.2Ω, VGS-off =-4V

ST SiC MOSFETはIGBTと比較してEoff: -75%削減可

ただしリンギングはIGBTの方が発生が微小

OFF時損失比較(5kW電源基板)

最新パワーデバイスの活用 SiCパワーMOSFET vs IGBT スイッチング比較

33

competitor B SiC MOSFET

competitor A SiC MOSFET

ST SiC MOSFET

ST Si MOSFET

ST SiC MOSFETは温度上昇してもオン抵抗が上昇が少ない

ST SiC MOSFETはTjmaxを200までの保証が可能

最新パワーデバイスの活用 SiC MOSFET: 温度変化によるオン抵抗特性

34

補足資料 : ST製品のご紹介

• 32bitマイコン: STM32ファミリ

• パワーデバイス: SiC パワーMOSFET、SiC SBD

• 電源制御用IC: Viper0P

• 評価ボード

32bitマイコン : STM32ファミリ 36

STM32F2x5

STM32F2x7

超低消費電力

メイン･ストリーム

Cortex-M0

Cortex-M0+ Cortex-M3 Cortex-M4 Cortex-M7

Next

STM32F030 Value line

STM32F0x1

STM32F0x2

STM32F0x8

STM32F301

STM32F302

STM32F303

STM32F3x4

STM32F373

STM32F3x8

青字 : 新製品 四角内数字 : 製品ライン数

STM32F100 Value line

STM32F101

STM32F102

STM32F103

STM32F105/107

STM32F401

STM32F411 STM32F405/415

STM32F407/417

STM32F427/437

STM32F429/439

STM32L0x1

STM32L0x2

STM32L0x3

STM32L100 Value line

STM32L151/152

STM32L162

ハイパフォーマンス STM32F746/756

5

3 3

4

2 6

6

1

2 CPUコア

製品シリーズ

STM32F3シリーズ Cortex-M4と充実のアナログ周辺機能を融合

37

Cortex-M4コアによる高性能

DSP, FPU 命令セット

ETM, MPU

パリティチェック機能付きSRAM

コア専用SRAM（CCM） : 頻繁に実行する命令セットをコアSRAMに展開することで処理能力を向上（90DMips）

STOPモード復帰トリガとしてUSART、

I²C、CECを使用可能

STOPモードから高速復帰（<5µs）

I/O remap granularity

低電圧動作対応

（1.8V +/-8% : dedicated PN）

アナログ周辺機能、通信インタフェース

12-bit ADC:変換時間0.20µs /5.0Msps

（インタリーブモードでは最大18Msps / 6bit）

16-bit ⊿ΣADC: 7段階にゲイン設定可能な、プログラマブル・ゲインアンプを搭載、最大21

ch入力

その他内蔵アナログ機能 : オペアンプ（プログラマブル・ゲインアンプ）、高速コンパレータ

専用SRAM（各512B）を搭載したUSB, CAN

高速USART（最高9Mbits/s）

High speed SPI（最高18Mbits/s）

全二重 I²S

I²C（最高1Mbits/s（Fast Mode+））

CRC

AMC（Advanced Motor Control） Timers

汎用マイコンライン

STM32F3シリーズ製品ラインアップ 38

アナログ周辺機能強化

ASSPライン

STM32F373

高精度計測用途 デジタル電源制御

STM32F301

高解像度PWMタイマ(217ps)

16_bit ΔΣ ADC

STM32F334

Memory

Pin Count

512KB

16KB

144 pins 32 pins

STM32F302

STM32F303

Power supply:

• F3x1, F3x2, F3x3: [2.0 .. 3.6V]

• F3x8: 1.8V +/-8%

Sampling

STM32F334の特徴 電源制御プラットフォーム構築最適なCortex-M4搭載マイコン

39

•高速演算によるフィードバック制御

(Cortex-M4コア @ 72MHz)

•超高分解能PWMタイマ

(217ps分解能 *4.6GHzクロックに相当)

•高速コンパレータ • PWMタイマと連動し、OVP, OCPなどの回路保護機能をハードウェアで実現

• 12bit 高速ADC (最大 5Msps) *Cortex-Mマイコン最速

•プログラマブル・ゲインアンプ • 4段階のアナログゲイン(2, 4, 8, 16)

STPSC xx 06 y zz

4A, 6A, 8A, 10A, 12A, 20A

STPSC xx H 065 x zz

4A, 6A, 8A, 10A, 12A, 20A

SiC G1 - VRRM = 600V

SiC G2 - VRRM = 650V

SiC ショットキー IF(AV) VRRM C: 2素子

無: 1素子 パッケージ

SiC ショットキー IF(AV) VRRM C: 2素子

無: 1素子 パッケージ G2

SiCショットキー・ダイオード（600V、650V） 40

IFSM

VF

G1

高効率

G2

効率と堅牢性の最高の

トレードオフ

SiC SBD(Gen2)： JBS構造を採用 41

サージ耐性を向上，温度上昇時のVF上昇をクランプによって抑制

制御用IC : VIPer0P 42

VOUT

OFF

Power ON VIPer0P

MCU

45kOhm

ON

VBIAS

VCC

DRAIN

Vreg

4V

SMPS Fly-back

Buck

Buck-boost

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新技術の特徴

ゼロパワーモード

マイコンと組み合わせたスマートインターフェイス

<4mW @ 230VAC (ゼロパワーモード)

<15mW @230VAC (無負荷)

動作開始電圧 5V

1.2Vリファレンスボルテージ

従来からの特徴

PWM電流モードコントローラ

（フライバック・バック制御） 800V MOSFET内蔵 /高耐圧起動回路内蔵

EMI低減のためのジッター機能搭載

保護機能: ソフトスタート、ショート保護、 OVP、 OTP

Energy Saving

ZERO POWER

基板サイズ削減

高い堅牢性

部品点数削減

• Bridgeless PFC, LLC HB & Synch Rect. Topology

• Input Voltage: 85V AC up to 265V AC

• Input Frequency: 45Hz up to 65Hz

• Output Voltage: 12V

• PFC Output Voltage: 430V DC

• Output power: 500W

• PFC switching frequency: 60kHz

• DC-DC switching frequency: 70kHz up to 190kHz

• Efficiency: 94%

• Input Current & Under/Over-Voltage protection

• DC Bus Under/Over Voltage protection

• Output Short Circ. Protection & Under/Over-Volt

500W D-SMPS Evaluation Board – PS.ADC0018.13

Development of a 500W Digital Power Supply demo board

based on STM32F3xx. Compliant with Platinum Spec and

the main specifications of server/telecom market.

評価デモボード：500W Digital SMPS (STEVAL-ISA147V3)

43

Application

Segments:

DSMPS

Status, Estimated

End Date

Available

Order Code: STEVAL-ISA147V3

Key P

rod

ucts

K

ey F

eatu

res

• STM32F051Kx, STM32F334 (32-bit

Microcontroller)

• L6491D*, PM8834 (Drivers)

• VIPER27HN (HV converter)

• STP13N60M2, STP57N65M5, STL220N3LLH7

(Power MOSFETs: MDmesh M2, MDmesh M5,

STripFET™ F7)

• STPSC1006D (Power Schottky silicon carbide

diode)

• STPS2L40, STPS1L30 (Power Schottky diode)

Power Systems

• Input AC voltage: 90V AC up to 264V AC

• Output voltage: 48V DC

• PFC output voltage: 400V DC

• Output power: 2000W

• PFC switching frequency: 60 kHz

• DC/DC switching frequency: 100 kHz

• HF transformer isolation :4 kV

• Efficiency: 80 Plus Platinum (target)

• Input short circuit , under/over voltage, under/over frequency

protection

• Output short circuit, under/over voltage protection

• DC Bus under/over voltage protection, over temperature

protection

• Cooling: forced air cooling active fan

• Two digital control options for the PFC

• Average current-mode control method in continuous and

discontinuous conduction mode (DCM, DCM/CCM and

CCM)

• Peak current-mode control method in continuous and

discontinuous conduction mode (DCM, DCM/CCM and

CCM)

• Cycle by Cycle PFC current control loop

評価デモボード： 2kW Digital SMPS (STEVAL-ISA172V1)

44

STEVAL-ISA172V1

2kW D-SMPS Evaluation Board

Key F

eatu

res

Power Systems

• STM32F334 (32-bit Microcontrollers)

• PM8834 (MOSFET Drivers)

• VIPER17HD (HV converter)

• STW56N60M2-4, STW24N60DM2, STY130NF20D

(Power MOSFETs: MDmesh M2, MDmesh DM2,

STripFET II)

• STPSC10H065 (Power Schottky silicon carbide

diode)

Final prototype available in Q2 ‘15

Eval Board available in Q3 ‘15