電源IC｜電子機器の心臓部を支える半導体

電源IC

「電源IC」は電子機器に安定した電圧・電流を供給する集積回路である。入力変動や負荷変化に対して出力を一定に保ち、効率・ノイズ・発熱・安全を最適化する。設計者は用途に応じて電源ICを選び、周辺部品とレイアウト、熱まで含めて最適化する。

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電源IC

定義と役割

電源ICは整流・平滑・変換・制御・監視・保護を提供する。ディスクリート構成より部品点数と面積を減らし、再現性と信頼性を高める。監視（UVLO、PG等）や保護（OCP、OVP、OTP、SCP）を内蔵し、誤差増幅器と補償でPSRRや過渡応答を規定する。

主な種類

LDO：低リップル・低ノイズの電源IC。アナログ前段や待機系に適する。
Buck/Boost/Buck-Boost：高効率で小型化しやすい電源IC。
絶縁型：トランス/フォトカプラで安全を確保する電源IC。
PMIC：複数レールや充電、シーケンスを統合する電源IC。

主要性能指標

効率：損失と発熱を左右。スイッチング電源ICは高効率になりやすい。
出力精度/温度係数：基準源と分圧の精度に依存。
ライン/ロードレギュレーション：入力/負荷変動への安定度。
ドロップアウト電圧：LDOの必要ヘッドルーム。

動作の要点

スイッチング電源ICはMOSFETのオン/オフでエネルギをパルス転送し、インダクタとコンデンサで平滑する。PWM/PFM、電流/電圧モード制御と補償で安定化する。LDOはパス素子を可変し、リファレンスとフィードバックで出力を一定に保つ。スイッチノードの寄生とダイオード特性はノイズと効率に影響する。

設計と実装

要件定義：入力範囲、目標V/I、許容リップル/ノイズ、サイズ/コストを明確化。
部品選定：インダクタの飽和電流、コンデンサのESR/ESL、整流素子の逆回復を評価し、電源IC条件に合わせる。
レイアウト：高di/dtループを最短化し、GNDプレーンを連続、スイッチノード面積を抑える。
熱/EMI：銅面とサーマルビアで放熱し、入力フィルタやスナバ、周波数同期/拡散を検討。

応用と選定

電源ICはスマートフォン、産業制御、通信機器、車載まで広く用いられる。PMICは複数の降圧/昇圧/LDOを内蔵し、SoCの電源シーケンスや低消費電力モードを管理する。選定では入出力条件、負荷プロファイル、規格、余裕度、評価計画を整える。評価ではオームの法則とキルヒホッフの法則に基づき電流経路と損失を検証する。