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nano_2019

实现节能和小型化的罗姆"Nano"电源技术

超高速脉冲控制技术　Nano Pulse Control™
超低消耗电流技术　Nano Energy™
超稳定控制技术　Nano Cap™

关于Nano电源技术

这是ROHM利用多年来积累的模拟技术，为了进一步实现节能和小型化而诞生出的创新型电源技术。通过从开发到生产均在集团内部完成的一贯制生产体系，得以实现的创新型电源技术“Nano”（Nano Pulse Control™、Nano Energy™、Nano Cap™）将作为满足市场需求的电源技术为社会做出贡献。

技术介绍 PDF(2.16MB)

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超高速脉冲控制技术
Nano Pulse Control™

高电压向低电压转换，用“1个电源IC”即可。实现了系统的小型化和简化。

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超低消耗电流技术
Nano Energy™

能够为搭载小型电池的设备提供长时间驱动。

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超稳定控制技术
Nano Cap™

可以使汽车和工业设备在内的各种电源电路在外置电容器容量为极小的nF级时也可稳定控制。

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技术说明

Nano Pulse Control™

高电压向低电压转换，用“1个电源IC”即可。
实现了系统的小型化和简化。

开发背景

受全球规模的CO₂减排大命题影响，混合动力汽车及电动汽车（EV）的普及正在加快，以欧洲为中心，与纯混合动力相比性价比优越的轻度混合动力受到人们的更多关注。
轻度混合动力采用比以往12V电源传输效率更高的48V电源系统。另一方面，配置在车辆各个部位的ECU需要3.3V这种较低的驱动电压，进而要求更低的低至2.5V的驱动电压。
以往的DC-DC转换器IC，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。

开发技术与产品化

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。即使以往产品的120ns相比，也可以说是一项划时代的技术。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。在开发过程中，除了对传统思维方式进行了较大的思路改变，利用模拟设计技术及电源系统工艺技巧、运用垂直统合型生产体制也是获得成功的重要因素。
该技术搭载在内置MOSFET的降压DC-DC转换器“BD9V100MUF”上，2MHz工作时，通过1个芯片实现了从60V到2.5V的降压。
2023年，罗姆正在进一步提升“Nano Pulse Control™”技术，并成功地将控制脉冲宽度从传统的9ns 大幅提升到业界超高的2ns。

通过产品搭载可以实现的世界

从60V降压到2.5V，DC-DC转换器IC的单芯片化与使用2个芯片相比，可以大大减少包括外围零件在内的零件数量。特别是频率的提高，使线圈的大幅小型化成为可能。
因此，不仅实现了应用的小型化、系统简化，还降低了成本。轻度混合动力汽车自不必说，在工业机器人、基站的辅助电源等采用48V电源系统驱动的工业设备领域，有助于小型化和低成本化，有望进一步在社会上得到推广。
罗姆继BD9V100MUF之后，将陆续开发搭载“Nano Pulse Control™”的产品，通过产品群来满足客户的广泛需求。

Topic
ROHM确立可以更大程度激发GaN器件性能的“超高速驱动控制”IC技术

虽然GaN器件因其高速开关特性的优越性而得到广泛采用，但对其驱动发出指示的控制IC的高速化却是一个问题。为了解决这一问题，罗姆进一步提升了“Nano Pulse Control™”技术，并成功地将控制脉冲宽度从传统的9ns大幅提升到业界超高的2ns。由此，确立了可更大限度地发挥GaN器件性能的控制超高速驱动的IC技术。目前，罗姆正在推进使用了该技术的100V输入1ch DC-DC控制器IC的产品化。

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Nano Energy™

能够为搭载小型电池的设备提供长时间驱动。

开发背景

在电子设备领域，除了智能手机的多功能化和可穿戴终端之外，导入无人介入的设备之间进行无线通信工作的IoT设备也受到人们的关注。这些设备基本上都是电池驱动，因此属于强烈需要降低功耗的领域。此外，从确保提高设计性和搭载新功能所需空间的角度来看，小型化也是一个必要的条件，驱动电池越来越小型，其中IoT领域不能频繁进行设备维护的情况居多，“用纽扣电池驱动10年”成为一个关键词。
罗姆根据市场的这种动向和主题，着手开发能大幅降低电源IC消耗电流的技术。研发开始时在2015年左右，电源IC业界最小的消耗电流为360nA。到底能降低到什么程度是我们研发的一个指标。

开发技术与产品化

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。罗姆使降低消耗电流时发生的折中降至极限的同时，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™”。
将此项技术搭载于DC-DC转换器“BD70522GUL”，无负载（应用待机）实现了180nA这一超低消耗电流。此时与一般产品相比，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。

通过产品搭载可以实现的世界

由于电源IC消耗电流的大幅降低，使得IoT领域的“用纽扣电池驱动10年”目标成为现实。这不仅降低了设备维护所需的功夫和成本，即使在诸如可穿戴终端等小型化与多功能化快速发展的电子设备领域中也能使用小型电池实现长时间驱动。
另外，在被称为能量采集的利用太阳能、热能、振动等的发电系统中，即使在低发电量情况下也能使之继续工作，在环境领域的应用也备受期待。
罗姆将“Nano Energy™”作为核心技术，扩充搭载此项技术的电源IC产品群，来满足客户的广泛需求。

Topic
先进二次电池的电池管理参考设计

“Nano Energy™”技术与太阳能电池等环境发电以及先进的二次电池具有非常高的兼容性。罗姆与电池制造商合作，强化了面向 IoT 设备的电池管理系统（BMS) 的参考设计开发和供应。
其中之一是由搭载了“Nano Energy™”的电源 IC 和以各电池制造商的先进电池为中心构成的参考设计“REFLVBMS00x”。电源IC搭载有适用于各公司电池规格的“Nano Energy™”技术，是超低功耗电源，充电控制 IC 通过控制电池的充电、监控和放电，实现了超高效的蓄电单元。包括检测异常电压的复位IC 在内，通过“Nano Energy™”技术，可实现超低的静态电流，为应用提供高效的电源功能。

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Nano Cap™

可以使汽车和工业设备在内的各种电源电路在外置电容器容量为极小的nF级时也可稳定控制。

开发背景

近年来，随着人们节能意识的不断提高，各种应用的电子化进程加速。特别是在汽车领域，电动汽车和自动驾驶技术的发展带来的技术创新，使电子元器件的使用数量逐年增加。另一方面，为使电子电路更加稳定而使用的电容器（特别是积层陶瓷电容器），是很常用的电子元器件，因此希望尽量减少所用电容器数量的需求日益高涨。
为了应对这一问题，电源电路需要使用即使是小容量的输出电容器也能正常工作的电源IC（LDO稳压器)。然而如果减小输出电容器的容量，IC的输出电压相对于输入或负载波动会不稳定，增加产生振动的风险。因此，实现应用所需的稳定工作（例如，负载波动时将输出电压波动抑制在±5%以内)的输出电容器的极限容量为1µF，如果要用低于该容量的nF区域的输出电容器来实现稳定工作，就需要前所未有的技术性突破。

开发技术与产品化

Nano Cap™通过改善模拟电路的响应性能，并尽可能地减少布线和放大器的寄生因素，对线性稳压器的输出提供稳定的控制，从而能够将输出电容器的容值降至以往技术的1/10以下。
因此，比如由线性稳压器和微控制器组成的电路，普通的线性稳压器需要在线性稳压器的输出端配置1µF的电容器，在微控制器的输入端配置100nF的电容器，而采用Nano Cap™技术的线性稳压器，仅需微控制器端的100nF电容器即可实现稳定运行。
此外，即使在车载等对电路可靠性要求较高的应用中，也可以通过将LDO稳压器的输出电容器容量减小至约1µF以下100nF左右来实现稳定工作。除了部件和电路板的小型化外，还可通过采用超宽范围的输出电容器容量来为减少设计工时做贡献。

通过产品搭载可以实现的世界

随着超稳定控制技术“Nano Cap™”的确立，搭载了该技术的LDO稳压器“BD9xxN1系列”支持100nF（普通产品所需容量的1/10以下）的输出电容器容量，而且当输入电压或负载电流波动时，也能实现应用所需的稳定工作（输出电压波动在100mV以内；负载电流波动1mA⇔50mA/1μ秒时）。支持超宽范围的输出电容器容量，不仅适用于小到数μF的一般小型MLCC（层压陶瓷电容器）和大容量的电解电容器，而且适用于以往因无法稳定工作而未能实际使用的1μF以下、0603尺寸的超小型MLCC。
罗姆正在进一步加速2020年确立的Nano Cap™技术的产品推广。通过将其应用到以LDO稳压器为首的运算放大器等产品的内部电路中，可以解决各种与模拟电路的电容器相关的稳定工作问题。