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ROHMs innovative "Nano"-Stromversorgungstechnologien
erzielen bahnbrechende Energieeinsparungen und eine weitere Miniaturisierung
ultraschnelle Pulsregelungs-Technologie Nano Pulse Control™
Technologie mit extrem niedriger Stromaufnahme Nano Energy™
extrem stabile Regelungstechnologie Nano Cap™
Was ist die ‘Nano’ Stromversorgungstechnologie?
Revolutionäre Stromversorgungstechnologien, die das über viele Jahre gesammelte analoge Know-how nutzen, um eine weitere Miniaturisierung und größere Energieeinsparung zu erreichen.
Die Nano-Serie, die mit Hilfe unseres integrierten Produktionssystems entwickelt wurde, bei dem alle Prozesse von der Entwicklung bis zum Produkt im eigenen Haus durchgeführt werden, besteht aus Stromversorgungs-ICs, die auf die aktuellen und zukünftigen Marktanforderungen zugeschnitten sind.
Nano Cap™ ist eine Stromversorgungstechnologie, die selbst bei ultrakleinen Kapazitäten im nF-Bereich eine stabile Regelung von Stromversorgungsschaltungen in Automobil- und Industrieanwendungen gewährleistet.
Umwandlung hoher Spannungen in niedrige Spannungen mit nur einem IC Erzielen einfacherer, kompakterer Systeme.
Entwicklung Hintergrund
Die zunehmende Verbreitung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen als Reaktion auf die wachsende Notwendigkeit, die CO2-Emissionen weltweit zu senken, hat (insbesondere in Europa) die Aufmerksamkeit auf Mild-Hybrid-Fahrzeuge gelenkt, die ein besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis als Vollhybride bieten. Mild-Hybrid-Systeme verwenden eine 48-V-Lithium-Ionen-Batterie, um eine höhere Effizienz als bei herkömmlichen 12-V-Stromversorgungen zu erzielen.
Die vielen Steuergeräte, die in vielen Fahrzeugsystemen verwendet werden, erfordern jedoch niedrigere Spannungen, üblicherweise 3,3 V, aber auch 2,5 V. Um 48 V in 3,3 V bei einem 2-MHz-Betrieb umzuwandeln (um Störungen mit dem AM-Radiofrequenzen zu vermeiden), werden bei herkömmlichen Lösungen zwei Stromversorgungs-ICs verwendet, wobei die erste Stufe meist eine Zwischenspannung von 12 V erzeugt. In 48-V-Systemen ist es außerdem erforderlich, den Abwärtsbetrieb von einer maximalen Spannung von 60 V auf 2,5 V zu spezifizieren, was bei Verwendung einer einzelnen Wandlerstufe ein extrem hohes Abwärtsverhältnis von 24:1 erfordert.
Technologieentwicklung und Vermarktung
Bei ROHM haben wir uns das äußerst hohe Ziel gesetzt, eine Ultrahochgeschwindigkeits-Pulssteuerungstechnologie (Nano Pulse Control™) für monolithische (Einzelchip-) DC-DC-Wandler zu entwickeln.Dadurch konnten wir die Einschaltzeit auf beispiellose 9 ns reduzieren, die kleinste der Welt (ROHM-Studie vom Juli 2017) und eine bahnbrechende Leistung, wenn man bedenkt, dass die vorherige Einschaltzeit etwa 120 ns betrug. Ein weiterer großer Vorteil dieser Technologie ist die stabile Regelung bei extrem schmalen Impulsbreiten.
Bei der Entwicklung wurde mit Konventionen gebrochen, indem proprietäre analoge Designtechnologie und Know-how im Bereich der Stromversorgungsprozesse zusammen mit unserem vertikal integrierten Produktionssystem genutzt wurden. Dadurch wird ein Abwärtsbetrieb von 60 V auf 2,5 V durch den monolithischen Abwärts-DC-DC-Wandler-IC BD9V100MUF mit integriertem MOSFET erreicht. Im Jahr 2023 haben wir Nano Pulse Control™ weiterentwickelt und die Steuerimpulsbreite erfolgreich von 9 ns auf 2 ns verbessert.
Eine Welt der Möglichkeiten
Die Entwicklung eines Gleichstroms, der von 60 V auf 2,5 V auf einem einzigen Chip heruntertransformieren kann, reduziert die Anzahl der Teile im Vergleich zu herkömmlichen 2-Chip-Systemen erheblich. Insbesondere bei höheren Frequenzen ist es möglich, die Größe der Spule stark zu reduzieren.
Dadurch können Benutzer das Systemdesign vereinfachen, die Anwendungsgröße reduzieren und gleichzeitig die Kosten senken. Beispielsweise wird erwartet, dass die Minimierung der Größe und der Kosten von 48-V-Stromversorgungssystemen, die für Mild-Hybrid-Autos, Industrieroboter und Basisstations-Substromversorgungen verwendet werden, zum Fortschritt der Gesellschaft beitragen wird.
Neben dem BD9V100MUF wird ROHM auch weiterhin Produkte mit Nano Pulse Control entwickeln, um die Anforderungen der Kunden zu erfüllen.
Topic
ROHM entwickelt ultraschnelle Steuer-IC-Technologie zur Leistungsmaximierung von GaN-Bauelementen
Während der Einsatz von GaN-Bauelementen in den letzten Jahren aufgrund ihrer überragenden Hochgeschwindigkeits-Schaltcharakteristik zugenommen hat, ist die Geschwindigkeit der Steuer-ICs für die Ansteuerung dieser Bauelemente zu einer Herausforderung geworden. Als Reaktion darauf hat ROHM seine ultraschnelle Pulsregelungs-Technologie „Nano Pulse Control™“ weiterentwickelt. Sie wurde für Stromversorgungs-ICs konzipiert und senkt die Regelungsbreite von den herkömmlichen 9 ns auf den branchenweit besten Wert* von 2 ns. Durch die Nutzung dieser Technologie konnte ROHM eine ultra-schnelle Steuer-IC-Technologie zur Leistungsmaximierung von GaN-Bauelementen realisieren. ROHM entwickelt derzeit einen einkanaligen 100-V-DC-DC-Steuer-IC mit dieser Technologie.
Ermöglicht Langzeitbetrieb in batterie-betriebenen Geräten
Entwicklung Hintergrund
Im Bereich der elektronischen Geräte zieht neben der zunehmenden Funktionalität von Smartphones und der weit verbreiteten Nutzung von Wearables auch die Einführung von IoT-Geräten, die ohne menschliches Zutun drahtlos zwischen Geräten kommunizieren können, die Aufmerksamkeit auf sich. In vielen Fällen werden diese Geräte mit Batterien betrieben, dies macht es notwendig, den Stromverbrauch zu senken. Obwohl die Verbesserung des Designs und die Integration neuer Funktionen voranschreiten, ist auch die Miniaturisierung ein wichtiger Faktor, der zu kleineren Antriebsbatterien führt. Es gibt eine große Anzahl von Geräten, bei denen die Wartung (d. h. der Batteriewechsel) nicht regelmäßig durchgeführt werden kann, insbesondere auf dem IoT-Markt, was die Nachfrage nach einem Langzeitbetrieb (10 Jahre) mit einer einzigen Münzbatterie antreibt.
Als Reaktion auf diese Markttrends begann ROHM mit der Entwicklung von Technologien zur deutlichen Senkung des Stromverbrauchs von ICs. Zu Beginn lag der niedrigste Stromverbrauch in der Branche für Stromversorgungs-ICs bei 360 nA. Dies war die Grundlage für unser Bestreben.
Technologieentwicklung und Vermarktung
Wenn man lediglich über eine Reduzierung des Stromverbrauchs nachdenkt, besteht die erste Möglichkeit darin, den Widerstandswert des Schaltkreises zu erhöhen. Dies kann jedoch zu Problemen wie Elementstromverlust, erhöhter Empfindlichkeit gegenüber Rauschen und verringerter Reaktionsgeschwindigkeit führen. Als Reaktion darauf entwickelte ROHM Nano Energy™, eine bahnbrechende Technologie, die den Stromverbrauch bei ultraleichten Lasten senkt und gleichzeitig die daraus resultierenden Kompromisse minimiert.
Mithilfe dieser Technologie wurde der DC-DC-Wandler BD70522GUL mit einem Ruhestromverbrauch von 180 nA entwickelt, der im Vergleich zu herkömmlichen Produkten eine doppelt so lange Batterielaufzeit bietet. Darüber hinaus wird eine hohe Leistungseffizienz von 90 % im breitesten Strombereich der Branche ermöglicht: 10 μA bis 500 mA. ROHM konnte diese Eigenschaften durch die Nutzung proprietärer Schaltungsdesign-, Layout- und Prozesstechnologien mit seinem ursprünglichen vertikal integrierten Produktionssystem erreichen.
Eine Welt der Möglichkeiten
Die drastische Reduzierung des Stromverbrauchs von Stromversorgungs-ICs im IoT-Bereich hat zu der Forderung geführt, eine 10-jährige Betriebszeit mit einer einzigen Knopfbatterie zu erreichen. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Arbeits- und Kostenaufwands für die Gerätewartung, da selbst bei Wearables, die immer kompakter und multifunktionaler werden, eine Langzeitfahrt mit kleinen Batterien möglich ist.
Darüber hinaus wird es möglich sein, den Betrieb auch in Umgebungen mit extrem niedrigem Stromverbrauch fortzusetzen, wie etwa bei Energy-Harvesting-Systemen, die kleine Mengen Strom aus Licht, Wärme und Vibration erzeugen (wobei eine zunehmende Verbreitung in verschiedenen Bereichen erwartet wird). . Bei ROHM wird Nano Energy™ als Kerntechnologie zur Erweiterung des Angebots an Stromversorgungs-ICs eingesetzt, um eine Reihe von Kundenanforderungen zu erfüllen.
Topic
Batteriemanagement-Referenzdesign für fortschrittliche wiederaufladbare Batterien
Die Nano Energy™-Technologie eignet sich hervorragend für Energy Harvesting durch Solarzellen und hochmoderne wiederaufladbare Batterien. ROHM arbeitet mit Batterieherstellern zusammen, um die Entwicklung und Bereitstellung von Referenzdesigns für Batteriemanagementsysteme (BMS) in IoT-Geräten auszubauen. Ein Beispiel ist das REFLVBMS00x-Referenzdesign, das aus einem mit Nano Energy™ ausgestatteten Stromversorgungs-IC und den modernsten Batterien verschiedener Batteriehersteller besteht. Das Ergebnis ist eine Stromversorgungslösung mit extrem geringem Stromverbrauch, die auch einen Ladesteuerungs-IC zur Verwaltung des Ladevorgangs, Überwachen und Entladen der Batterien enthält, um eine Energiespeichereinheit mit ultrahohem Wirkungsgrad zu erreichen.
Mit einem Spannungsdetektor (Reset-IC), der anormale Spannungen erkennt, ermöglicht die Nano Energy™-Technologie extrem niedrige Ruheströme und bietet effiziente Stromversorgungsfunktionen für Benutzeranwendungen.
Nano Cap™ ist eine Stromversorgungstechnologie, die selbst bei ultrakleinen Kapazitäten im nF-Bereich eine stabile Regelung von Stromversorgungsschaltungen in Automobil- und Industrieanwendungen gewährleistet.
Entwicklung Hintergrund
Das wachsende Bewusstsein für nachhaltigen Energieverbrauch hat zu einer stärkeren Elektrifizierung in einer Vielzahl von Anwendungen geführt. Insbesondere im Automobilbereich nimmt die Anzahl elektrischer Komponenten aufgrund technologischer Innovationen, die durch Fortschritte bei Elektrofahrzeugen und autonomem Fahren vorangetrieben werden, weiter zu. Jede dieser elektrischen Anwendungen erfordert eine Vielzahl von Spannungsquellen, die alle durch Kondensatoren stabilisiert werden. Dies führt zu einem steigenden Bedarf an externen Komponenten, größeren Leiterplattengrößen und höheren Kosten für die Stückliste.
Um dieses Problem anzugehen, benötigen Stromversorgungsschaltkreise Stromversorgungs-ICs (LDO-Regler), die auch mit kleinen Ausgangskondensatoren arbeiten können. Durch die Reduzierung der Kapazität steigt jedoch das Risiko, dass die Ausgangsspannung des ICs instabil wird und als Reaktion auf den Eingang oder die Last schwankt Variationen. Daher ist das Erreichen eines stabilen Betriebs, der von Anwendungen gefordert wird (z. B. die Begrenzung von Schwankungen der Ausgangsspannung auf ±5 % bei Lastschwankungen), bis zu 1 µF möglich, aber um einen stabilen Betrieb im nF-Bereich und darunter sicherzustellen, war ein beispielloser technologischer Durchbruch erforderlich.
Technologieentwicklung und Vermarktung
Die Nano-Cap-Technologie bietet eine stabile Regelung des Linearreglerausgangs, indem sie das Ansprechverhalten in analogen Schaltungen verbessert und parasitäre Faktoren im Zusammenhang mit der Verdrahtung und den Verstärkern minimiert. Dadurch lässt sich die Ausgangskapazität auf weniger als 1/10 der herkömmlichen Lösungen reduzieren.
Schaltungen mit einem Linearregler und einer MCU, die normalerweise einen 1-µF-Kondensator am Ausgang des Linearreglers und einen 100-nF-Kondensator am Eingang der MCU benötigen, erreichen mit ROHMs Nano Cap™-Linearreglertechnologie einen stabilen Betrieb mit einem 100-nF-Kondensator auf der MCU-Seite.
This not only decreases the size of components and substrates, but also reduces the number of design resources by supporting a wider range of capacitances.
Eine Welt der Möglichkeiten
ROHMs Nano Cap™-Technologie unterstützt eine Ausgangskapazität von 100 nF – weniger als 1/10 des Wertes von Standardprodukten – und gewährleistet selbst bei schwankenden Eingangsspannungen und Lastströmen den von den Anwendungen geforderten stabilen Betrieb (Ausgangsspannungsschwankung geringer als 100 mV für Laststromschwankungen von 50 mA/µs). Zusätzlich zu den üblichen MLCCs (Multi-Layer Ceramic Capacitors) der μF-Klasse und Elektrolytkondensatoren mit großer Kapazität, können auch ROHMs ultrakompakte MLCCs bis zu 1 μF oder weniger in ultrakompakten Gehäusebauformen von 0603 operieren. In der Vergangenheit war dies nicht möglich, da die Schaltungen nicht stabil genug waren.
ROHM beschleunigt die Produktentwicklung seiner im Jahr 2020 eingeführten Nano Cap™-Technologie, die in den internen Schaltungen von LDO-Reglern, Operationsverstärkern und anderen Produkten eingesetzt wird, um Stabilitätsprobleme im Zusammenhang mit Kondensatoren in verschiedenen analogen Schaltungen zu lösen.
Nano Pulse Control™, Nano Energy™ und Nano Cap™ ist ein Markenzeichen oder eingetragene Marke von ROHM Co., Ltd.
EcoGaN™ ist ein Warenzeichen oder eingetragenes Warenzeichen von ROHM Co., Ltd.
