以往的DC/DC转换器,在不影响AM广播频段的2MHz工作时,从48V获得3.3V低电压时,需要先降至12V中间电压,进行2步(2个芯片)降压。规格上需要支持从最高60V的电源降到最小2.5V的驱动电压,所以假如用1个芯片降压,则必须实现24:1这一非常高的降压比。罗姆挑战DC/DC转换器的"单芯片化"这一高难关口,开发了超高速脉冲控制技术"Nano Pulse Control"。搭载此项技术,将开关导通时间缩短到了9ns。这在目前的电源IC中是世界最小的数值。并且,对这种极小的脉冲宽度能够进行稳定控制,也是此项技术的一大特点。Nano Pulse Control技术当前的代表产品是BD9V100MUF-C。
工业物联网需要电源系统精准耐用
工业物联网市场规模居当前物联网市场的首位,《2017中国工业物联网产业白皮书》数据指出,预计在政策推动以及应用需求带动下,到2020年,中国工业物联网在整体物联网产业中的占比将达到25%,规模将突破4500亿元。
工业物联网具有以下几个特点:全面感知、互联传输、智能处理、自组织和自处理。在工业物联网中,传感器的使用率极高,各种类型和功能的传感器在工业物联网中随处可见。随着工业自动化进程的进入,设备智能化和小型化趋势明显。在这个趋势下,许多传感器很小,要使它们能够工作只能使用一些能够保持有限能量的小电池。因此,电源管理IC需要省之又省的使用这些有限的能源,需要将低功耗贯彻落实。
除了传感器层面对电源能量使用的高要求,在工业物联网领域,边缘计算的概念被率先接受,这对系统的用电也提出了相应的挑战。系统断电造成的可怕损失让厂商不得不提早预防,物联网数据在设备端运转的意识越来越强。因此,嵌入式设备和传感器通常需要具有有限的计算能力。从当前的产品设计而言,这些计算能力的电源支撑也需要在微小电池上运行,所以和对传感器供电相同,边缘计算设备必须有效地利用电能,延长设备或者电源的更替周期。
为此,罗姆半导体的Nano系列提出了另一项技术——Nano Energy。Nano Energy技术通过减少IC本身的电流消耗来实现微电流的稳定工作,能够为搭载小型电池的设备提供长时间驱动。
如果只是单纯的考虑降低消耗电流,可以采用提高电路的电阻值,但仅仅采用这个办法会产生来自元件的漏电流、针对噪声的灵敏度要提高、电路响应速度低下等问题。罗姆半导体使降低消耗电流时发生的折中降至极限的同时,还开发了超轻负载状态下彻底削减消耗电流的划时代技术"Nano Energy"。现在,实现了180nA这一业界最小的消耗电流。
将此项技术搭载于DC/DC转换器"BD70522GUL",无负载(应用待机)时与一般产品相比,电池驱动时间是以往产品的2倍。此外,在10μA至500mA这一业界最宽电流范围内,实现了90%以上的大功率转换效率。同样,如果没有罗姆半导体独有的垂直统合型生产体制下的"电路设计""布局""工艺"三大尖端技术的融合,是无法实现的。
总结
通过可穿戴设备、智能网联汽车和工业物联网三个典型的物联网应用场景可以看出,物联网的普及对电源管理技术提出了全新的要求。电源管理系统需要实现小型化和集成化,在更小的芯片面积上需要能够实现更多的功能。并且,电源管理技术需要顺应物联网低功耗的发展趋势,需要让系统用电更精准节能,让设备运转的周期更长久。当然,随着物联网系统内设备数量的增多,电源供电需要更高的电压值,高压转低压并且能够稳定输出对电源管理技术也提出新的挑战。