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ROHM
2022/02/17

ROHM推出追求電源IC響應性能極限之先進電源技術「QuiCur™」

元件數量更少 運行更穩定 有助減少電源電路設計工時
 

半導體製造商ROHM(總公司:日本京都市)開發了一種新的電源技術「QuiCur™」,可改善包括DC/DC轉換IC等各種電源IC的負載響應特性*1(以下稱為響應性能,指後段電路工作時的響應速度和電壓穩定性)。

近年來,各個應用領域都在加速數位化進程,而隨著所安裝的電子元件數量增加,應用產品的設計工時也同步增加。其中,電容在很多應用(比如使電路穩定的應用)中被大量使用,因此減少其使用數量的需求也與日俱增。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、可確保穩定工作的高品質電源IC需求也漸漸提高。由於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,研發出了能夠徹底追求電源IC響應性能極限的高速負載響應技術「QuiCur™」。

為了實現穩定的電源功能,電源IC會內建一種透過時常監測輸出電壓,並藉由與IC內部的基準電壓做比較來微調輸出電壓的電路(以下稱“回授電路”)。如果這種回授電路能夠更快地響應,就可以使輸入電壓和負載電流*1等波動造成的輸出電壓波動在短時間內恢復。但另一方面,如果響應過快,就會造成電路工作不穩定,輸出電壓發生振盪,響應速度也會受到輸出電容的電容量(以下稱“輸出電容容量”)的影響,很難達到所預期的響應性能。
 

若在電源IC中採用此次新開發的高速負載響應技術「QuiCur™」,將可以防止電源IC回授電路不穩定,並能確保所預期的響應性能。對於電源IC所需的輸出電容來說,不僅可以將電容量降至更低、減少元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(常數為負比關係)調整,即使因規格變更導致電容量增加時,也可以輕鬆實現所預期的穩定工作,因此,從元件數量減少和運行更穩定兩方面來看,都非常有助減少電源電路設計工時。

 

目前ROHM正在加速「QuiCur™」電源IC的量產並儘早投入市場,計畫於2022年4月開始提供DC/DC轉換IC樣品,於2022年7月開始提供線性穩壓器樣品。
 

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<關於高速負載響應技術「QuiCur™」>

QuiCur™是根據實現高速負載響應的ROHM自有電路「Quick Current」而命名的商標。使用該技術後,電源IC的回授電路能夠在穩定工作的前提下,確保所預期的負載響應特性(響應性能)。該技術具有以下特點,有助減少應用產品電源電路設計工時。

 

1. 可減少輸出電容數量和電路板安裝面積

使用QuiCur™技術可以快速響應輸出電壓對於負載電流的波動,因此,可以減少電源IC所需的輸出電容容量,從而可減少元件數量和電路板安裝面積。與ROHM傳統技術相比,用不到一半的電容容量即可實現同等響應性能。

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2. 規格變更也可輕鬆實現所預期的穩定運行

隨著輸出電容容量的增加,輸出電壓穩定了,但暫態響應性能(到開始反應所需的時間)卻變差了。使用QuiCur™技術,即使輸出電容容量增加,也不會改變暫態響應性能,因此可以對輸出電容容量和輸出電壓波動進行線性(常數為負比關係)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),也可以輕鬆實現所預期的穩定運行。

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<QuiCur™技術詳情>

為了追求電源IC的響應性能極限,QuiCur™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)的訊號處理任務,解決了傳統電源IC回授電路中存在的兩個問題:「在不安定範圍中的低頻段產生不可使用範圍」、 「零交叉頻率*2(f0)會隨輸出電容的容量而變化」。

 

針對第一個問題「產生不可使用範圍」,該技術透過在回授電路中,配置不會產生不可使用範圍的專用誤差放大器*3而成功解決。針對第二個問題「零交叉頻率變化」,該技術配置了第二級專用的誤差放大器,並採用了一種可以透過電流驅動來調整其放大增益(Gain)的技術。雖然零交叉頻率會隨所連接的輸出電容容量發生變化,但透過根據該變化調整放大增益,可以將零交叉頻率設定在不安定範圍和穩定控制區域之間的界線上。將這兩個誤差放大器的作用分開來構建的系統,可以廣泛地應用於具有回授電路的DC/DC轉換IC和線性穩壓器等電源IC。

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<與超穩定控制技術「Nano Cap™」的融合>

Nano Cap™透過改善類比電路的響應性能,並大幅減少佈線和放大器的寄生因素,可對線性穩壓器的輸出進行穩定的控制,從而能夠將輸出電容的容量降至傳統技術的1/10以下,因此,將可不再需要線性穩壓器輸出側的電容,只需微控制器側100nF的電容即可穩定運作。若僅透過QuiCur™技術,只能將輸出電容容量降至µF等級,但當QuiCur™和Nano Cap™技術結合使用時,則可降至nF等級。

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欲瞭解有關Nano Cap™的詳細資訊,請至:https://www.rohm.com.tw/support/nano

 

<名詞解釋>

*1) 負載響應特性(負載暫態響應特性)和負載電流

從電源IC的角度來看,微控制器、感測器等後段電路都可以看作是「負載」。當這些負載開始工作時,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) 零交叉頻率(增益零交叉頻率,增益交越頻率)

在運算放大器和電源IC等處理回授電路的半導體和應用電路中,電路的放大增益(Gain)變為0dB時的頻率。是一種表示負載響應特性和不振盪的電路穩定性(相位裕量)的指標。

 

*3) 誤差放大器(Error Amplifier)

負責提取電源IC內部的基準電壓和回授電路電壓之間的差值,並根據提取的差值來控制電源輸出級,使電源IC的輸出電壓恢復至目標電壓。

 

  • 「QuiCur™」和「Nano Cap™」是ROHM Co., Ltd.的商標或註冊商標。
 
新聞來源:ROHM 官網
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