在模擬電源設(shè)計(jì)中降低功耗

也許你們中的一些讀者已經(jīng)看過(guò)新的漫威超級(jí)英雄電影：蟻人與黃蜂女(2018)。在其中，邁克爾·道格拉斯（Michael Douglas，1944 年 - ）飾演的亨利“漢克”皮姆博士發(fā)現(xiàn)了縮小任何你能想象到的東西的力量。他把自己的大樓縮小，像旅行箱一樣卷起來(lái)的場(chǎng)景特別酷。雖然他使用尺寸變化技術(shù)的能力創(chuàng)造了一部有趣的動(dòng)作片，但在現(xiàn)實(shí)世界中，這種能力也正在進(jìn)入模擬電源設(shè)計(jì)的最新技術(shù)進(jìn)步——減去打開(kāi)通往量子領(lǐng)域的隧道的能力，課程。

物聯(lián)網(wǎng) (IoT)被稱(chēng)為智能革命。這場(chǎng)革命的特點(diǎn)是圍繞傳感器和機(jī)器的連接進(jìn)行突然、徹底和徹底的技術(shù)變革。之所以稱(chēng)為“革命”，是因?yàn)樗鼘?duì)社會(huì)管理商品和服務(wù)的生產(chǎn)、分配和消費(fèi)的方式產(chǎn)生了巨大影響。

當(dāng)今以智能手機(jī)和個(gè)人可穿戴設(shè)備形式出現(xiàn)的移動(dòng)設(shè)備的激增允許無(wú)線通信的自主操作，以通過(guò)射頻(RF) 無(wú)線技術(shù)傳輸數(shù)字編碼信息。通常，物聯(lián)網(wǎng)的理想狀態(tài)是最大限度地降低傳感設(shè)備在其活動(dòng)和睡眠狀態(tài)下的功耗。最大限度地減少功耗允許長(zhǎng)期使用電池，而無(wú)需不斷充電、更換或處理。與此相伴的是對(duì)更小包裝體積的渴望。然而，小封裝限制了電池可用的庫(kù)侖容量，以毫安時(shí) (mAh) 為單位。

常用的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范通常尋求 10 年的貨架和服務(wù)壽命。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，領(lǐng)先的電源技術(shù)公司ROHM Semiconductor將其研發(fā) (R&D) 資源集中在降低集成電路 (IC) 功耗上。在 ROHM 的開(kāi)發(fā)工作開(kāi)始時(shí)，電源 IC 的行業(yè)最低基準(zhǔn)電流消耗為 360nA。ROHM Semiconductor 利用他們的模擬專(zhuān)業(yè)知識(shí)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的產(chǎn)品線，即 Nano 系列，以實(shí)現(xiàn)需要更少能量運(yùn)行的更緊湊的部件。

雙管齊下的方法：Nano Pulse Control TM

制造更小模擬功率部件的一種方法是減少開(kāi)關(guān)導(dǎo)通 時(shí)間以及電感線圈的尺寸。ROHM 著手開(kāi)發(fā)超高速控制技術(shù)，將開(kāi)關(guān)時(shí)間縮短到其傳統(tǒng)產(chǎn)品 (120ns) 的 1/10（9ns 時(shí)）以下。他們將這種超高速控制技術(shù)命名為Nano Pulse Control TM。

除了模擬電源模塊的更快開(kāi)關(guān)速度外，盡可能穩(wěn)定地控制最窄的脈沖寬度還為需要大降壓比的應(yīng)用提供了單片電源解決方案，例如輕度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē) (HEV)，其中需要從 48V DC到 3.3V DC (14.5:1) 的電壓轉(zhuǎn)換。

ROHM Semiconductor 的 BD9V10xMUF Buck Converters with Nano Pulse Control TM非常適合這個(gè)角色，可以直接替代當(dāng)前的兩步降壓轉(zhuǎn)換器，減少空間要求，同時(shí)簡(jiǎn)化電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這些 1 通道、1A（最大輸出）、寬輸出電壓范圍（0.8V DC –5.5V DC）、1.9MHz–2.3MHz 的同步降壓轉(zhuǎn)換器具有 Nano Pulse Control TM，提供了更小型化和避免 AM 無(wú)線電干擾的解決方案在汽車(chē)子系統(tǒng)中。具有寬輸入電壓范圍 (16V DC –60V DC ) 和非常短的最小脈沖寬度，它們可以直接從 60V DC降壓→ 2.5V2MHz 時(shí)的直流(24:1)。除了 HEV，Nano Pulse Control TM還在從工業(yè)機(jī)器人到基站子電源的各種應(yīng)用中提供價(jià)值（圖 1）。

納米能量

然而，有一種比 Nano Pulse Control TM更直接的方法，它涉及利用消耗極低電流的 IC 設(shè)計(jì)模擬電源產(chǎn)品以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。低電流消耗部件直接導(dǎo)致需要長(zhǎng)期使用電池供電的應(yīng)用和設(shè)備取得更大的成功。這些部件還適用于極低功耗環(huán)境，例如通過(guò)光、熱和振動(dòng)產(chǎn)生少量電能的能量收集系統(tǒng)。可以從這項(xiàng)技術(shù)中受益的應(yīng)用包括煙霧探測(cè)器、恒溫器、便攜式設(shè)備、可穿戴設(shè)備、沒(méi)有備用開(kāi)關(guān)的低Iq應(yīng)用以及能量收集設(shè)備。

Nano Energy TM是 ROHM Semiconductor 開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)突破性技術(shù)，可降低超輕負(fù)載期間的電流消耗，同時(shí)最大限度地減少隨之而來(lái)的權(quán)衡。它將雙極結(jié)型晶體管 (BJT) 以及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 和雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體 (DMOS) 晶體管技術(shù)集成到獨(dú)特的 0.35μ BiCDMOS 功率工藝中。結(jié)果是靜態(tài)電流消耗僅為 180nA，為業(yè)內(nèi)最低。

BD70522GUL超低 Iq DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器中內(nèi)置的Nano Energy TM技術(shù)在無(wú)負(fù)載（即待機(jī)）狀態(tài)下提供兩倍于傳統(tǒng)產(chǎn)品的電池驅(qū)動(dòng)時(shí)間。內(nèi)置無(wú)縫切換模式控制 (SSMC) 功能，可根據(jù)負(fù)載電流平滑自動(dòng)切換負(fù)載模式，提供高于 90% 的電源轉(zhuǎn)換效率。與納米能源TM技術(shù)，在業(yè)界最寬的電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率：10μA–500mA，同時(shí)消耗小于 1μA。它提供恒定導(dǎo)通時(shí)間 (COT) 控制以及超低功耗 (ULP) 模式，以提供卓越的瞬態(tài)響應(yīng)。使用 VSEL 引腳可以從九個(gè)預(yù)設(shè)電壓中選擇輸出電壓。當(dāng)輸入電壓接近輸出電壓時(shí)，IC 進(jìn)入 100% ON 模式，此時(shí)開(kāi)關(guān)操作停止。

結(jié)論

智能革命需要尖端的模擬電源解決方案。擁有皮姆博士的力量可以輕松縮小物理尺寸和電力消耗，那就太好了。然而，在此之前，ROHM Semiconductor 提供其商標(biāo)和專(zhuān)有的 Nano 系列，該系列采用雙管齊下的方法——Nano Pulse Control TM和 Nano Energy TM——僅提供最基本的功率。ROHM Semiconductor 的 Nano 系列提供業(yè)界領(lǐng)先的降壓比和超低電流消耗，甚至可以滿足最苛刻的應(yīng)用。這將幫助您（工程設(shè)計(jì)師）成為超級(jí)英雄。

審核編輯黃昊宇