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ROHM推出追求电源IC响应性能极限之先进电源技术「QuiCur」

  • 黎思慧台北

「QuiCur」对安定动作的影响。ROHM
「QuiCur」对安定动作的影响。ROHM

半导体制造商ROHM(总公司:日本京都市)开发了一种新的电源技术「QuiCur」,可改善包括DC/DC转换IC等各种电源IC的负载响应特性(以下称为响应性能,指后段电路工作时的响应速度和电压稳定性)。

近年来,各个应用领域都在加速数码化进程,而随着所安装的电子元件数量增加,应用产品的设计工时也同步增加。其中,电容在很多应用(比如使电路稳定的应用)中被大量使用,因此减少其使用数量的需求也与日俱增。此外,在电源电路中,为了减少规格变更时的设计工时,对响应性能优异、可确保稳定工作的高品质电源IC需求也渐渐提高。由于这些需求也可以说是对电源IC的基本要求,ROHM为了满足这些需求,研发出了能够彻底追求电源IC响应性能极限的高速负载响应技术「QuiCur」。

高速负载响应技术「QuiCur」详细内容。ROHM

高速负载响应技术「QuiCur」详细内容。ROHM

QuiCur和Nano Cap连动示意图。ROHM

QuiCur和Nano Cap连动示意图。ROHM

为了实现稳定的电源功能,电源IC会内建一种透过时常监测输出电压,并藉由与IC内部的基准电压做比较来微调输出电压的电路(以下称「回授电路」)。如果这种回授电路能够更快地响应,就可以使输入电压和负载电流等波动造成的输出电压波动在短时间内恢复。但另一方面,如果响应过快,就会造成电路工作不稳定,输出电压发生振荡,响应速度也会受到输出电容的电容量(以下称「输出电容容量」)的影响,很难达到所预期的响应性能。

若在电源IC中采用此次新开发的高速负载响应技术「QuiCur」,将可以防止电源IC回授电路不稳定,并能确保所预期的响应性能。对于电源IC所需的输出电容来说,不仅可以将电容量降至更低、减少元件数量和电路板安装面积,还可对电容量和输出电压波动进行线性(常数为负比关系)调整,即使因规格变更导致电容量增加时,也可以轻松实现所预期的稳定工作,因此,从元件数量减少和运行更稳定两方面来看,都非常有助减少电源电路设计工时。

目前ROHM正在加速「QuiCur」电源IC的量产并尽早投入市场,计划于2022年4月开始提供DC/DC转换IC样品,于2022年7月开始提供线性稳压器样品。

关于高速负载响应技术「QuiCur」

QuiCur是根据实现高速负载响应的ROHM自有电路「Quick Current」而命名的商标。使用该技术后,电源IC的回授电路能够在稳定工作的前提下,确保所预期的负载响应特性(响应性能)。该技术具有以下特点,有助减少应用产品电源电路设计工时。

1. 可减少输出电容数量和电路板安装面积使用QuiCur技术可以快速响应输出电压对于负载电流的波动,因此,可以减少电源IC所需的输出电容容量,从而可减少元件数量和电路板安装面积。与ROHM传统技术相比,用不到一半的电容容量即可实现同等响应性能。

2. 规格变更也可轻松实现所预期的稳定运行随着输出电容容量的增加,输出电压稳定了,但暂态响应性能(到开始反应所需的时间)却变差了。使用QuiCur技术,即使输出电容容量增加,也不会改变暂态响应性能,因此可以对输出电容容量和输出电压波动进行线性(常数为负比关系)调整。即使因规格变更而需要更稳定的运行时(希望进一步降低输出电压波动时),也可以轻松实现所预期的稳定运行。

QuiCur技术详情

为了追求电源IC的响应性能极限,QuiCur技术精细划分了响应速度(控制系统)和电压稳定性(校准系统)的信号处理任务,解决了传统电源IC回授电路中存在的两个问题:「在不安定范围中的低频段产生不可使用范围」、「零交叉频率(f0)会随输出电容的容量而变化」。

针对第一个问题「产生不可使用范围」,该技术透过在回授电路中,配置不会产生不可使用范围的专用误差放大器而成功解决。针对第二个问题「零交叉频率变化」,该技术配置了第二级专用的误差放大器,并采用了一种可以透过电流驱动来调整其放大增益(Gain)的技术。虽然零交叉频率会随所连接的输出电容容量发生变化,但透过根据该变化调整放大增益,可以将零交叉频率设定在不安定范围和稳定控制区域之间的界在线。将这两个误差放大器的作用分开来构建的系统,可以广泛地应用于具有回授电路的DC/DC转换IC和线性稳压器等电源IC。

与超稳定控制技术「Nano Cap」的融合

Nano Cap透过改善类比电路的响应性能,并大幅减少布线和放大器的寄生因素,可对线性稳压器的输出进行稳定的控制,从而能够将输出电容的容量降至传统技术的1/10以下,因此,将可不再需要线性稳压器输出侧的电容,只需微控制器侧100nF的电容即可稳定运作。若仅透过QuiCur技术,只能将输出电容容量降至μF等级,但当QuiCur和Nano Cap技术结合使用时,则可降至nF等级。