以往的DC/DC轉換器,在不影響AM廣播頻段的2MHz工作時,從48V獲得3.3V低電壓時,需要先降至12V中間電壓,進行2步(2個芯片)降壓。規(guī)格上需要支持從最高60V的電源降到最小2.5V的驅動電壓,所以假如用1個芯片降壓,則必須實現24:1這一非常高的降壓比。羅姆挑戰(zhàn)DC/DC轉換器的"單芯片化"這一高難關口,開發(fā)了超高速脈沖控制技術"Nano Pulse Control"。搭載此項技術,將開關導通時間縮短到了9ns。這在目前的電源IC中是世界最小的數值。并且,對這種極小的脈沖寬度能夠進行穩(wěn)定控制,也是此項技術的一大特點。Nano Pulse Control技術當前的代表產品是BD9V100MUF-C。
工業(yè)物聯網需要電源系統(tǒng)精準耐用
工業(yè)物聯網市場規(guī)模居當前物聯網市場的首位,《2017中國工業(yè)物聯網產業(yè)白皮書》數據指出,預計在政策推動以及應用需求帶動下,到2020年,中國工業(yè)物聯網在整體物聯網產業(yè)中的占比將達到25%,規(guī)模將突破4500億元。
工業(yè)物聯網具有以下幾個特點:全面感知、互聯傳輸、智能處理、自組織和自處理。在工業(yè)物聯網中,傳感器的使用率極高,各種類型和功能的傳感器在工業(yè)物聯網中隨處可見。隨著工業(yè)自動化進程的進入,設備智能化和小型化趨勢明顯。在這個趨勢下,許多傳感器很小,要使它們能夠工作只能使用一些能夠保持有限能量的小電池。因此,電源管理IC需要省之又省的使用這些有限的能源,需要將低功耗貫徹落實。
除了傳感器層面對電源能量使用的高要求,在工業(yè)物聯網領域,邊緣計算的概念被率先接受,這對系統(tǒng)的用電也提出了相應的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)斷電造成的可怕損失讓廠商不得不提早預防,物聯網數據在設備端運轉的意識越來越強。因此,嵌入式設備和傳感器通常需要具有有限的計算能力。從當前的產品設計而言,這些計算能力的電源支撐也需要在微小電池上運行,所以和對傳感器供電相同,邊緣計算設備必須有效地利用電能,延長設備或者電源的更替周期。
為此,羅姆半導體的Nano系列提出了另一項技術——Nano Energy。Nano Energy技術通過減少IC本身的電流消耗來實現微電流的穩(wěn)定工作,能夠為搭載小型電池的設備提供長時間驅動。
如果只是單純的考慮降低消耗電流,可以采用提高電路的電阻值,但僅僅采用這個辦法會產生來自元件的漏電流、針對噪聲的靈敏度要提高、電路響應速度低下等問題。羅姆半導體使降低消耗電流時發(fā)生的折中降至極限的同時,還開發(fā)了超輕負載狀態(tài)下徹底削減消耗電流的劃時代技術"Nano Energy"?,F在,實現了180nA這一業(yè)界最小的消耗電流。
將此項技術搭載于DC/DC轉換器"BD70522GUL",無負載(應用待機)時與一般產品相比,電池驅動時間是以往產品的2倍。此外,在10μA至500mA這一業(yè)界最寬電流范圍內,實現了90%以上的大功率轉換效率。同樣,如果沒有羅姆半導體獨有的垂直統(tǒng)合型生產體制下的"電路設計""布局""工藝"三大尖端技術的融合,是無法實現的。
總結
通過可穿戴設備、智能網聯汽車和工業(yè)物聯網三個典型的物聯網應用場景可以看出,物聯網的普及對電源管理技術提出了全新的要求。電源管理系統(tǒng)需要實現小型化和集成化,在更小的芯片面積上需要能夠實現更多的功能。并且,電源管理技術需要順應物聯網低功耗的發(fā)展趨勢,需要讓系統(tǒng)用電更精準節(jié)能,讓設備運轉的周期更長久。當然,隨著物聯網系統(tǒng)內設備數量的增多,電源供電需要更高的電壓值,高壓轉低壓并且能夠穩(wěn)定輸出對電源管理技術也提出新的挑戰(zhàn)。