元器件數量更少,運行更穩(wěn)定,有助于減少電源電路的設計工時
全球知名半導體制造商ROHM(總部位于日本京都市)確立了一種新電源技術“QuiCurTM”,可改善包括DC/DC轉換器IC在內的各種電源IC的負載響應特性*1(以下稱為“響應性能”,指后級電路工作時的響應速度和電壓穩(wěn)定性)。
近年來,在各種應用領域,數字化進程都在加速,隨著所安裝的電子元器件數量的增加,應用產品的設計工時也增加了。其中,電容器在很多應用(比如使電路穩(wěn)定的應用)中被大量使用,希望減少其使用數量的需求與日俱增。此外,在電源電路中,為了減少規(guī)格變更時的設計工時,對響應性能優(yōu)異、可實現(xiàn)預期穩(wěn)定工作的高品質電源IC需求高漲。這些需求也可以說是對電源IC的基本要求,ROHM為了滿足這些需求,確立了能夠更大限度地追求電源IC響應性能的高速負載響應技術“QuiCurTM”。
為了實現(xiàn)穩(wěn)定的電源功能,電源IC會內置一種通過始終監(jiān)測輸出電壓并與IC內部的基準電壓比較來微調輸出電壓的電路(以下稱“反饋電路”)。如果這種反饋電路能夠更快地響應,就可以使輸入電壓和負載電流*1等的波動造成的輸出電壓波動在短時間內恢復。另一方面,如果響應過快,就會造成電路工作不穩(wěn)定,輸出電壓發(fā)生振蕩,響應速度也會受到輸出電容器的電容量(以下稱“輸出電容容量”)的影響,很難實現(xiàn)目標響應性能。
通過在電源IC中采用此次新開發(fā)的高速負載響應技術“QuiCurTM”,可以防止電源IC反饋電路不穩(wěn)定,并能更大程度地實現(xiàn)目標響應性能。對于電源IC所需的輸出電容器來說,不僅可以將電容量降至更低,減少元器件數量和電路板安裝面積,還可對電容量和輸出電壓波動進行線性(常數為負比關系)調整,即使因規(guī)格變更導致電容量增加時,也可以輕松實現(xiàn)預期的穩(wěn)定工作,因此,從元器件數量更少和運行更穩(wěn)定兩方面來看,都非常有助于顯著減少電源電路的設計工時。
目前,ROHM正在推進將采用這種“QuiCurTM”技術的電源IC盡快投入市場,計劃于2022年4月開始提供DC/DC轉換器IC樣品,于2022年7月開始提供線性穩(wěn)壓器樣品。
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QuiCurTM是根據實現(xiàn)了高速負載響應的ROHM自有電路“Quick Current”而命名的商標。使用該技術后,電源IC的反饋電路能夠在穩(wěn)定工作的前提下更大程度地實現(xiàn)目標負載響應特性(響應性能)。該技術具有以下特點,有助于減少應用產品電源電路的設計工時。
1.可減少輸出電容器數量和電路板安裝面積
使用QuiCurTM技術可以快速響應輸出電壓相對于負載電流的波動,因此,可以減少電源IC所需的輸出電容器容量,從而可減少元器件數量和電路板安裝面積。與ROHM以往技術相比,用不到一半的電容器容量即可實現(xiàn)同等的響應性能。
2. 即使規(guī)格變更時也可輕松實現(xiàn)預期的穩(wěn)定運行
隨著輸出電容容量的增加,輸出電壓穩(wěn)定了,但瞬時響應性能(到開始反應所需的時間)卻變差了。使用QuiCurTM技術,即使輸出電容器容量增加,也不會改變瞬態(tài)響應性能,因此可以對輸出電容器容量和輸出電壓波動進行線性(常數為負比關系)調整。即使因規(guī)格變更而需要更穩(wěn)定的運行時(希望進一步降低輸出電壓波動時),也可以輕松實現(xiàn)預期的穩(wěn)定運行。
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為了更大程度地追求響應性能,QuiCurTM技術精細劃分了響應速度(控制系統(tǒng))和電壓穩(wěn)定性(校準系統(tǒng))的信號處理任務,解決了以往電源IC反饋電路中存在的兩個問題:“在不穩(wěn)定區(qū)域前面的低頻段產生不可用區(qū)域”、“過零頻率*2(f0)會隨輸出電容器的容量而變化”。
針對第一個問題“產生不可用區(qū)域”,該技術通過在反饋電路中配置不會產生不可用區(qū)域的專用誤差放大器*3而成功解決。針對第二個問題“過零頻率變化”,該技術配置了第二級專用的誤差放大器,并采用了一種可以通過電流驅動來調整其放大倍數(Gain)的技術。雖然過零頻率會隨所連接的輸出電容器容量發(fā)生變化,但通過根據該變化調整放大倍數,可以將過零頻率始終設置在不穩(wěn)定區(qū)域和穩(wěn)定控制區(qū)域之間的邊界線上。將這兩個誤差放大器的作用分開來構建的系統(tǒng),可以廣泛地應用于具有反饋電路的DC/DC轉換器IC和線性穩(wěn)壓器等電源IC。
?。寂c超穩(wěn)定控制技術“Nano CapTM”的融合>
Nano CapTM通過改善模擬電路的響應性能,并更大程度地減少布線和放大器的寄生因素,可對線性穩(wěn)壓器的輸出提供穩(wěn)定的控制,從而能夠將輸出電容器的容量降至以往技術的1/10以下,因此,可以實現(xiàn)比如不再需要線性穩(wěn)壓器輸出側的電容器,只需微控制器側100nF的電容器即可穩(wěn)定運行。僅憑QuiCurTM技術,只能將輸出電容器容量降至?F數量級,但當QuiCurTM和Nano CapTM技術結合使用時,則可降至nF數量級。
如欲了解有關Nano CapTM的更詳細信息,請訪問:https://www.rohm.com.cn/support/nano
?。夹g語解說>
*1) 負載響應特性(負載瞬態(tài)響應特性)和負載電流
從電源IC的角度來看,微控制器、傳感器等后級的電路都可以看作是“負載”。當這些負載工作時,電流(負載電流)會波動,從而導致電源IC的輸出電壓下降。負載響應特性是指使負載電流波動導致下降的電壓復原所需的響應時間和電源的穩(wěn)定性。
*2) 過零頻率(增益過零頻率,增益交越頻率)
在運算放大器和電源IC等處理反饋電路的半導體和應用電路中,電路的放大倍數(Gain)變?yōu)?dB時的頻率。是一種表示負載響應特性和不振蕩的電路穩(wěn)定性(相位裕度)的指標。
*3) 誤差放大器(Error Amplifier)
負責提取電源IC內部的基準電壓和反饋電路電壓之間的差值,根據這種提取的差值來控制電源輸出級,并使電源IC的輸出電壓恢復至目標電壓。
【關于羅姆(ROHM)】
羅姆(ROHM)成立于1958年,由起初的主要產品-電阻器的生產開始,歷經半個多世紀的發(fā)展,已成為世界知名的半導體廠商。羅姆的企業(yè)理念是:“我們始終將產品質量放在第一位。無論遇到多大的困難,都將為國內外用戶源源不斷地提供大量優(yōu)質產品,并為文化的進步與提高作出貢獻”。
羅姆的生產、銷售、研發(fā)網絡分布于世界各地。產品涉及多個領域,其中包括IC、分立式元器件、光學元器件、無源元器件、功率元器件、模塊等。在世界電子行業(yè)中,羅姆的眾多高品質產品得到了市場的許可和贊許,成為系統(tǒng)IC和先進半導體技術方面的主導企業(yè)。
【關于羅姆(ROHM)在中國的業(yè)務發(fā)展】
銷售網點:起初于1974年成立了羅姆半導體香港有限公司。在1999年成立了羅姆半導體(上海)有限公司, 2006年成立了羅姆半導體(深圳)有限公司,2018年成立了羅姆半導體(北京)有限公司。為了迅速且準確應對不斷擴大的中國市場的要求,羅姆在中國構建了與總部同樣的集開發(fā)、銷售、制造于一體的垂直整合體制。作為羅姆的特色,積極開展“密切貼近客戶”的銷售活動,力求向客戶提供周到的服務。目前在中國共設有20處銷售網點,其中包括香港、上海、深圳、北京這4家銷售公司以及其16家分公司(分公司:大連、天津、青島、南京、合肥、蘇州、杭州、寧波、西安、武漢、東莞、廣州、廈門、珠海、重慶、福州)。并且,正在逐步擴大分銷網絡。
技術中心:在上海和深圳設有技術中心和QA中心,在北京設有華北技術中心,提供技術和品質支持。技術中心配備精通各類市場的開發(fā)和設計支持人員,可以從軟件到硬件以綜合解決方案的形式,針對客戶需求進行技術提案。并且,當產品發(fā)生不良情況時,QA中心會在24小時以內對申訴做出答復。
生產基地:1993年在天津(羅姆半導體(中國)有限公司)和大連(羅姆電子大連有限公司)分別建立了生產工廠。在天津進行二極管、LED、激光二極管、LED顯示器和光學傳感器的生產,在大連進行電源模塊、熱敏打印頭、接觸式圖像傳感器、光學傳感器的生產,作為羅姆的主力生產基地,源源不斷地向中國國內外提供高品質產品。
社會貢獻:羅姆還致力于與國內外眾多研究機關和企業(yè)加強合作,積極推進產學研聯(lián)合的研發(fā)活動。2006年與清華大學簽訂了產學聯(lián)合框架協(xié)議,積極地展開關于電子元器件先進技術開發(fā)的產學聯(lián)合。2008年,在清華大學內捐資建設“清華-羅姆電子工程館”,并已于2011年4月竣工。2012年,在清華大學設立了“清華-羅姆聯(lián)合研究中心”,從事光學元器件、通信廣播、生物芯片、SiC功率器件應用、非揮發(fā)處理器芯片、傳感器和傳感器網絡技術(結構設施健康監(jiān)測)、人工智能(機器健康檢測)等聯(lián)合研究項目。除清華大學之外,羅姆還與國內多家知名高校進行產學合作,不斷結出豐碩成果。
羅姆將以長年不斷積累起來的技術力量和高品質以及可靠性為基礎,通過集開發(fā)、生產、銷售為一體的扎實的技術支持、客戶服務體制,與客戶構筑堅實的合作關系,作為扎根中國的企業(yè),為提高客戶產品實力、客戶業(yè)務發(fā)展以及中國的節(jié)能環(huán)保事業(yè)做出積極貢獻。