ピエゾ素子ドライブに特化したPWMアンプモジュール

高効率化と小型化を促進し、保護機能が高信頼性を提供します。

ピエゾアプリケーション性能向上と新たな可能性を広げる

ピエゾ素子ドライブに特化したアンプモジュール

高効率化と小型化を促進し、保護機能が高信頼性を提供

この度インフィニオンより、ピエゾ素子ドライブに特化したPWMアンプモジュールIFJM-001が誕生しました。ここにはハイパワーオーディオ用PWMアンプ(D級アンプ)でトップシェアを誇る、インフィニオンの優れた技術とノウハウが集結されています。オーディオ用D級アンプは、PWM制御によってアンプの高効率化と小型化に大きく貢献しています。インフィニオンはこの技術を、現在もリニアアンプが主流となっているピエゾドライバに展開し、ピエゾアプリケーションの省エネルギー化と小型化を促進するとともに、新たな機能の提供によりピエゾアプリケーションの可能性を広げます。

PWMアンプとピエゾ素子ドライブアンプ

電源に続きアンプの高効率化を促進したPWMアンプ

2000年以降、オーディオ用アンプとしてD級アンプが急速に普及し、今では主流と言っても過言ではない状況となっています。D級アンプが普及した理由は、D級アンプがPWMアンプであり、PWM制御によって従来のリニア方式アンプに比べ大幅に効率を向上させ、熱やサイズの削減も可能にしたからでした。
これは、電源が高効率化や小型化の要求を受け、リニア方式よりスイッチング方式が主流になりつつあるのと同様で、世界的な課題である省エネルギーに対応するため、ドライバも含めたアンプ類も高効率化が必須となっていることを示しています。

ピエゾ素子ドライブ用にはリニアアンプが残存

オーディオではPWMアンプが台頭する現状において、産業分野や特殊な用途では未だにリニアアンプが主要なアンプとして使われています。その1つの例がピエゾ(圧電)素子ドライブ用のアンプ(ピエゾドライバ)です。当然のことながら、産業用途のピエゾドライバにも高効率化と小型化の要求は高まっており、ピエゾドライブ用の高電圧出力リニアドライバ(アンプ)は効率が低いことに加えて、大きい、重い、高価であることが指摘されています。しかしながら、市場の特性や、既存のPWMアンプでピエゾ素子をドライブする技術的な課題もあり、対応するPWMアンプがほとんどないことからピエゾドライバのPWM化は遅れてしまっています。

ピエゾ素子ドライブに特化したPWMアンプモジュール

インフィニオンは、ピエゾドライブの新ソリューションとして、最先端のスイッチング技術を応用したPWMアンプモジュールを開発し、ピエゾドライバの高効率化と小型化を可能にした。ハイパワーオーディオ用PWMアンプ(D級アンプ)でトップシェアを持つインフィニオンが蓄積した技術とノウハウをベースに、ピエゾ素子ドライブに特化した新しい特許技術も搭載し、ピエゾ素子やハイインピーダンス負荷を高いリニアリティでドライブできる仕様となっている。また、インフィニオンが持つD級アンプソリューションの特徴の1つである「高い破壊強度」に関する技術も継承されています。

IFJM-001 PWMアンプモジュール

  • 小型高効率電圧増幅器
  • 最大出力:Vo=±60V peak、Io=±250mA max
  • THD:-80dB以下(ハーフパワー)
  • サイズ:58mm×32mm×12mm(端子部除く)
  • 新アーキテクチャ回路搭載
  • 各種保護回路搭載
  • 高信頼性パーツを使用
  • 数量によってはカスタム仕様対応可能
  • マルツエレック(株)より2018年3月末発売予定

ピエゾ素子の駆動力を高めつつ低消費電力化を図る高電圧低電流ピエゾドライバ

IFJM-001 PWMアンプモジュールは、ピエゾ素子の駆動力を高めつつ低消費電力化を図るために、高電圧低電流ドライブができるピエゾ用アンプとして開発されました。ピエゾの駆動力を上げるには、一般にピエゾ素子を積層化するか、ドライブ電圧を上げるという方法がありますが、既存のPWMアンプであるオーディオ用D級アンプで対応するにはいくつか課題がありました。
積層化したピエゾ素子は低電圧でのドライブとなり、低電圧オーディオ用D級アンプを使用することになります。この場合、積層化によってピエゾ電流が増加することから、低電圧で高い電流ドライブ能力が要求されるので、低消費電力化は困難になります。
ドライブ電圧を高くするアプローチには、高電圧オーディオ用D級アンプを使用できます。しかしながら、現状の高電圧出力アンプは高電力出力用途のものがほとんどで低消費電力化には適さない。
そこで、高電圧低電流ドライブのピエゾドライブ用PWMアンプモジュールを開発し、低消費電力化とローコスト化を実現しました。

高効率とモジュール化のメリット

IFJM-001 PWMアンプモジュールによるピエゾドライバのPWM化は、オーディオアンプの例に違わず、リニアアンプに比べ大幅に効率が向上し消費電力の削減につながります。また、損失の減少により発熱が低減されることから、ヒートシンクサイズを小さくできるなど、ソリューションサイズの小型化が可能です。リニアアンプを使用した既存のアプリケーションにおいて同じドライブ(出力)電力で使用する場合はより小型にでき、逆に、既存のサイズのまま、もしくはそれ以下のサイズでドライブ電力の増強が可能になります。
また、PWMアンプのモジュール化は、ユーザーに設計時間の短縮、ピエゾの高電圧ドライブに最適化された性能と安全性の確保、最適な周辺部品や基板レイアウトよる小型サイズを提供します。PWMアンプはスイッチング技術の応用であり、スイッチング電源がそうであるように設計にはスイッチング回路に関する知識と経験が必要です。このモジュールには、インフィニオンの技術と回路設計のノウハウが凝縮しており、経験に基づく保護回路の搭載も含めるとそのメリットは非常に大きいものです。また、このモジュールの仕様がアプリケーションに合わない場合は、条件によってカスタム対応や開発受託などが可能となっています。

ピエゾアプリケーションの性能向上と新たな可能性

このPWMアンプモジュールは、ピエゾアクチュエータやピエゾスピーカーのドライブを念頭に開発されています。現状では、インクジェットプリンタ、ポンプ、フローコントローラなどのピエゾ応用機器、ハンディ拡声器、設置型や天井埋め込み型のピエゾスピーカーやハイインピーダンススピーカーなどのアプリケーションがあります。  
また、リニアリティの高いドライブが可能になっていることから、ピエゾアクチュエータを使ったアプリケーションやピエゾスピーカードライブ時の性能が上がるだけでなく、ピエゾアプリケーションの新たな可能性が広がることが考えられます。

まとめ

インフィニオンは、オーディオ用D級アンプのメインサプライヤーとして培った技術とノウハウを、またPWM化が進んでいないピエゾドライバに展開する目的で、IFJM-001 PWMアンプモジュールをマルツエレック㈱を共同開発しました。ピエゾアクチュエータなどを利用する産業分野においても省エネルギーと小型化は重要課題であり、PWMアンプによる高効率化と小型化はこの分野への朗報であると言えるでしょう。
このモジュールは、ピエゾドライバとしての最適化だけではなく、高リニアリティドライブといった新しい能力を提供しており、ピエゾアクチュエータなどの新たな応用が広がることを期待されています。そのため、インフィニオンでは関連分野からの問い合わせに広く対応する体制を整えています。また、アプリケーションサポートの他に、NREをともなって回路開発設計やカスタムモジュールなど、条件に応じた対応もご用意しています。

問い合わせ先

インフィニオン テクノロジーズ ジャパン株式会社
PMM事業本部  担当 西村 康 TEL:03-5745-7163

購入先:マルツエレック