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ROHM確立了可更大程度追求電源IC響應性能的創新電源技術“QuiCurTM”

發布時間:2022-02-14 來源:ROHM 責任編輯:wenwei

【導讀】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,為了減少規格變更時的設計工時,對響應性能優異、可實現預期穩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”。


為了實現穩定的電源功能,電源IC會內置一種通過始終監測輸出電壓并與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定,輸出電壓發生振蕩,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,很難實現目標響應性能。


通過在電源IC中采用此次新開發的高速負載響應技術“QuiCurTM”,可以防止電源IC反饋電路不穩定,并能更大程度地實現目標響應性能。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,即使因規格變更導致電容量增加時,也可以輕松實現預期的穩定工作,因此,從元器件數量更少和運行更穩定兩方面來看,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月開始提供線性穩壓器樣品。


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<關于高速負載響應技術“QuiCurTM”>


QuiCurTM是根據實現了高速負載響應的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定工作的前提下更大程度地實現目標負載響應特性(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同等的響應性能。


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2. 即使規格變更時也可輕松實現預期的穩定運行


隨著輸出電容容量的增加,輸出電壓穩定了,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。即使因規格變更而需要更穩定的運行時(希望進一步降低輸出電壓波動時),也可以輕松實現預期的穩定運行。


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<QuiCurTM技術詳情>


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)和電壓穩定性(校準系統)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:“在不穩定區域前面的低頻段產生不可用區域”、“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“產生不可用區域”,該技術通過在反饋電路中配置不會產生不可用區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定區域和穩定控制區域之間的邊界線上。將這兩個誤差放大器的作用分開來構建的系統,可以廣泛地應用于具有反饋電路的DC/DC轉換器IC和線性穩壓器等電源IC。


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<與超穩定控制技術“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,可對線性穩壓器的輸出提供穩定的控制,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,可以實現比如不再需要線性穩壓器輸出側的電容器,只需微控制器側100nF的電容器即可穩定運行。僅憑QuiCurTM技術,只能將輸出電容器容量降至μF數量級,但當QuiCurTM和Nano CapTM技術結合使用時,則可降至nF數量級。


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如欲了解有關Nano CapTM的更詳細信息,請訪問:https://www.rohm.com.cn/support/nano


<術語解說>


*1) 負載響應特性(負載瞬態響應特性)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)變為0dB時的頻率。是一種表示負載響應特性和不振蕩的電路穩定性(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。



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