저전력 · 소형화를 실현하는
로옴의 혁신적인 「Nano」 전원 기술
초고속 펄스 제어 기술 Nano Pulse Control™
초저소비전류 기술 Nano Energy™
초안정 제어 기술 Nano Cap™
Nano 전원 기술이란?
로옴이 오랫동안 축적해온 아날로그 기술을 구사하여, 한차원 높은 저전력화와 소형화를 실현하기 위해 개발한 혁신적인 전원 기술입니다. 개발에서 제조까지 모든 프로세스를 자사에서 실시하는 일관 생산 체제를 통해 실현한 혁신적인 전원 기술 「Nano」 (Nano Pulse Control™, Nano Energy™, Nano Cap™)는 시장 요구에 대응하는 전원 기술로서 사회에 기여합니다.
초고속 펄스 제어 기술
Nano Pulse Control™
고전압에서 저전압으로의 변환을 "1개의 전원 IC"로 구성 가능. 시스템의 소형화 및 간략화 실현!
초안정 제어 기술
Nano Cap™
자동차 및 산업기기를 비롯한 각종 전원 회로의 외장 콘덴서 용량이 극소량인 nF일 때도 안정적으로 제어 가능합니다.
기술 해설
Nano Pulse Control™
고전압에서 저전압으로의 변환을 "1개의 전원 IC"로 구성 가능. 시스템의 소형화 및 간략화 실현!
개발 배경
CO2 삭감이라는 전 세계 규모의 과제에 대응하기 위해, 하이브리드 카 및 전기자동차 (EV)의 보급이 가속화되고 있습니다. 유럽을 중심으로 풀 하이브리드보다 비용 대비 성능이 높은 마일드 하이브리드에 대한 관심이 높아지고 있습니다.
마일드 하이브리드에서는 기존의 12V 전원보다 전송 효율이 높은 48V 전원 시스템이 채용되고 있습니다. 한편, 차량의 각부에 배치된 ECU에서는 3.3V라는 낮은 구동 전압이 필요하기 때문에, 더욱 낮은 2.5V까지의 대응이 요구되고 있습니다.
기존의 DC-DC 컨버터의 경우, AM 라디오 대역에 영향을 주지 않는 2MHz 동작 시, 48V에서 3.3V의 저전압을 얻기 위해서는 먼저 12V의 중간 전압으로 강압한 후 원하는 전압으로 낮추는 2단계 (2chip) 강압이 필요했습니다. 규격 상으로는 최고 60V의 전원에서 최저 2.5V까지의 구동전압으로의 강압에 대응할 필요가 있으므로, 1chip으로 강압한다고 가정 시, 24:1이라는 매우 높은 강압비를 실현해야 합니다.
개발 기술과 제품화
로옴은 DC-DC 컨버터의 「1chip화」라는 매우 높은 허들을 뛰어넘기 위해 초고속 펄스 제어 기술 「Nano Pulse Control™」을 개발하였습니다. 이 기술을 탑재함으로써, 스위칭 ON 시간을 9ns까지 단축하였습니다. 이는 전원 IC에 있어서 세계 최소 (2017년 7월 시점) 수치이며, 기존품의 경우 120ns이므로 매우 획기적인 기술이라고 할 수 있습니다. 또한, 매우 작은 펄스 폭인 경우에도 안정적으로 제어할 수 있다는 점도 이 기술의 큰 포인트입니다.
기술 개발에 있어서는 기존의 개념에서 발상을 크게 전환함과 동시에, 아날로그 설계 기술 및 전원계 프로세스의 노하우 등 수직 통합형 생산 체제를 활용한 점도 성공의 요인입니다. 이 기술은 MOSFET 내장 강압 DC-DC 컨버터 IC 「BD9V100MUF」에 탑재되어, 2MHz 동작 시 1chip으로 60V에서 2.5V까지의 강압을 실현합니다. 또한, 2023년에는 「Nano Pulse Control™」을 한층 더 진화시켜 제어 펄스 폭을 9ns에서 2ns까지 대폭 향상시키는데 성공하였습니다.
제품 탑재를 통해 실현 가능한 세계
60V에서 2.5V까지의 강압에 있어서 DC-DC 컨버터를 1chip화하면, 2chip 구성 대비 주변 부품을 포함한 대폭적인 부품수 삭감이 가능합니다. 특히 주파수가 높아짐에 따라 코일을 대폭 소형화할 수 있습니다.
이에 따라, 어플리케이션의 소형화, 시스템의 간략화와 동시에 Low cost화도 실현합니다. 마일드 하이브리드 자동차뿐만 아니라, 산업용 로봇, 기지국의 서브 전원 등, 48V계의 전원 시스템으로 구동하는 산업기기의 소형화 및 Low cost화를 통해 사회에서의 보급이 한층 더 가속화될 것으로 기대하고 있습니다.
로옴은 BD9V100MUF에 이어 「Nano Pulse Control」을 탑재한 제품을 순차적으로 개발하여, 다양한 제품군으로 고객의 폭넓은 요구에 대응해 나갈 것입니다.
Topic
GaN 디바이스의 성능을 최대화시키는 「초고속 구동 제어 」 IC 기술 확립
GaN 디바이스는 고속 스위칭 특성의 우위성을 바탕으로 채용이 확대되고 있지만, 그 구동의 제어 역할을 담당하는 제어 IC의 고속화가 과제였습니다. 로옴은 이러한 과제에 대응하여 「Nano Pulse Control™」을 한층 더 진화시켜, 제어 펄스 폭을 기존의 9ns에서 업계 최고인 (2023년 3월 시점) 2ns까지 대폭 향상시키는데 성공하였습니다. 이에 따라, GaN 디바이스의 성능을 최대화시키는 초고속 구동 제어 IC 기술을 확립하였습니다. 현재 로옴은 본 기술을 활용하여 100V 입력 1ch DC-DC 컨트롤러 IC의 제품화를 추진하고 있습니다.
*2023년 3월 로옴 조사
Nano Energy™
소형 배터리를 탑재하는 기기의 장시간 구동에 기여!
개발 배경
전자기기 분야에서는 스마트폰의 다기능화 및 웨어러블 단말기의 보급과 더불어, 사람을 통하지 않고 기기 간 무선 통신을 통해 동작하는 IoT 기기의 도입이 주목을 받고 있습니다. 이러한 기기는 기본적으로 배터리로 구동하는 케이스가 많으므로, 소비전력 저감이 크게 요구되는 분야입니다. 또한, 디자인성의 향상 및 새로운 기능 탑재를 위한 스페이스 확보의 시점에서, 소형화 역시 중요한 요건으로서 구동 배터리도 점차 소형화되고 있습니다. 그 중에서도 IoT 분야에서는 기기의 유지보수를 자주 할 수 없는 케이스도 많아, 「코인 배터리로 10년 구동」이 하나의 키워드로 중요시되고 있습니다.
로옴은 이러한 시장 동향 및 테마에 대응하기 위해, 전원 IC의 소비전력을 대폭 저감시키는 기술 개발에 착수하였습니다. 착수 당시, 전원 IC 업계에서 가장 작은 소비전류는 360nA였으며, 이러한 수치를 어느 정도까지 낮출 수 있는 지가 하나의 지표가 되었습니다.
개발 기술과 제품화
단순하게 소비전류의 저감만을 고려하면 회로의 저항치를 높이는 방법이 있지만, 이 방법만으로는 소자로부터의 리크 전류 발생, 노이즈에 대한 감도 향상, 회로의 응답 속도 저하라는 문제가 발생하게 됩니다. 로옴은 소비전류의 저감으로 인해 발생하는 트레이드 오프 문제를 극한까지 저감함과 동시에, 초경부하 상태에서의 소비전류 삭감을 철저하게 실현하기 위한 획기적인 기술 「Nano Energy™」를 개발하였습니다.
이 기술을 DC-DC 컨버터 「BD70522GUL」에 탑재하여, 무부하 시 (어플리케이션 스탠바이 시)에 소비전류 180nA, 일반품 대비 기존의 2배에 해당하는 배터리 구동 시간을 실현하였습니다. 또한, 10μA에서 500mA라는 업계에서 가장 넓은 전류 범위에 있어서 90% 이상의 높은 전력 변환 효율도 실현하였습니다. 이 기술 역시 로옴의 독자적인 수직 통합형 생산 체제를 통한 「회로 설계」「레이아웃」「프로세스」의 세가지 첨단 기술의 융합이 없으면 실현할 수 없었습니다.
제품 탑재를 통해 실현 가능한 세계
전원 IC의 소비전류를 대폭 저감함으로써, IoT 분야의 목표인 「코인 배터리로 10년 구동」이 현실화되었습니다. 이에 따라 기기의 유지보수에 소요되는 번거로움과 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 웨어러블 단말기 등 소형화 및 다기능화가 가속화되는 전자기기 분야에 있어서도 소형 배터리로 장시간 구동을 실현할 수 있습니다.
또한, 에너지 하베스팅 분야의 태양광 및 열, 진동 등을 이용한 발전 시스템에서의 낮은 발전량에 있어서도 동작을 계속할 수 있어, 환경 분야에서의 이용도 큰 기대를 모으고 있습니다. 로옴은 「Nano Energy™」를 코어 기술로 탑재한 전원 IC를 제품군으로 확충하여 고객의 폭넓은 요구에 대응해 나갈 것입니다.
Topic
최첨단 2차전지용 배터리 매니지먼트 레퍼런스 디자인.
「Nano Energy™」 기술은 태양전지와 같은 환경 발전이나 최첨단 2차전지와 매우 높은 친화성을 지니고 있습니다. 로옴은 배터리 메이커와 공동으로 IoT 기기를 위한 배터리 관리 시스템 (BMS)의 레퍼런스 디자인을 개발하여 제공하고 있습니다. 그중 하나인 「Nano Energy™」를 탑재한 전원 IC와 각 배터리 메이커의 최첨단 배터리를 중심으로 구성된 레퍼런스 디자인 「REFLVBMS00x」는, 각사의 배터리 사양에 적합한 「Nano Energy™」 탑재 전원 IC로 초저소비 전원을 실현하고, 충전 제어 IC로 배터리의 충전 · 감시 · 방전을 제어함으로써 초고효율 축전 유닛을 실현합니다. 이상 전압을 검출하는 리셋 IC를 포함한 「Nano Energy™」 기술을 통해, 정지 전류가 매우 낮아 어플리케이션에 낭비가 없는 전원 기능을 공급할 수 있습니다.
Nano Cap™
자동차 및 산업기기를 비롯한 각종 전원 회로의 외장 콘덴서 용량이 극소량인 nF일 때도 안정적으로 제어 가능합니다.
개발 배경
최근, 저전력 의식이 높아짐에 따라, 모든 어플리케이션의 전자화가 가속화되고 있습니다. 그 중에서도 자동차 분야에서는 전기자동차 및 자동 운전 기술의 진보에 의한 기술 혁신에 따라 전자부품의 탑재수가 해마다 증가하고 있습니다. 이러한 상황에서 전자회로의 안정화를 위해 사용되는 콘덴서 (특히 적층 세라믹 콘덴서)는 매우 많이 사용되는 전자부품이므로, 사용하는 콘덴서를 1개라도 줄이고자 하는 요구가 높아지고 있습니다.
이러한 과제를 해결하기 위해 전원회로에는 작은 출력 콘덴서 용량으로도 동작 가능한 전원 IC (LDO 레귤레이터)가 요구되고 있지만, 콘덴서 용량을 줄이면 IC의 출력전압이 입력이나 부하의 변동에 따라 불안정해지거나 발진할 리스크가 높아집니다. 따라서, 어플리케이션이 요구하는 안정 동작 (예를 들어, 부하 변동 시에 ±5% 이내의 출력전압 변동으로 억제)을 실현할 수 있는 한계는 1μF까지로, 그 이하인 nF 영역의 출력 콘덴서 용량으로 안정 동작을 실현하기 위해서는 기존에는 불가능했던 기술적인 돌파구가 필요했습니다.
개발 기술과 제품화
Nano Cap™은 아날로그 회로에서의 응답 성능 개선과 배선 · 증폭기의 기생 요인 극소화를 통해, 리니어 레귤레이터의 출력에 대한 안정 제어를 제공함으로써, 출력 콘덴서 용량을 기존 기술의 1/10 이하로 억제할 수 있습니다. 따라서, 리니어 레귤레이터와 마이컴으로 구성된 회로의 경우, 일반적인 리니어 레귤레이터로는 리니어 레귤레이터의 출력 측에 1µF, 마이컴의 입력 측에 100nF의 콘덴서가 필요했지만, Nano Cap™ 탑재 리니어 레귤레이터의 경우 마이컴 측의 콘덴서 100nF만으로 동작을 안정시킬 수 있습니다. 또한, 자동차 어플리케이션과 같이 회로에 높은 신뢰성이 요구되는 경우에도, LDO 레귤레이터의 출력 콘덴서를 1μF 이하 100nF 정도까지 저감시킴과 동시에 안정 동작을 실현할 수 있습니다. 부품 및 기판의 소형화뿐만 아니라, 매우 넓은 범위의 출력 콘덴서 용량을 채용할 수 있어 설계 공수 삭감에도 기여합니다.
제품 탑재를 통해 실현 가능한 세계
압도적인 안정 제어 기술 「Nano Cap™」 확립에 따라, 이 기술을 탑재한 LDO 레귤레이터 「BD9xxN1」은 일반품이 필요로 하는 출력 콘덴서 용량의 1/10 이하에 해당하는 100nF에 대응하고, 입력전압 및 부하 전류 변동 시에도 어플리케이션이 요구하는 안정 동작 (출력전압 변동 100mV 이내 : 부하 전류 변동 1mA⇔50mA/1μs 시)을 실현하였습니다. 일반적인 수μF의 소형 MLCC (적층 세라믹 콘덴서) 및 대용량 전해 콘덴서뿐만 아니라, 기존에는 불안정하여 실제 사용이 어려웠던 1μF 이하 · 0603 사이즈의 극소 MLCC까지 매우 넓은 범위의 출력 콘덴서 용량에 대응이 가능합니다.
로옴은 2020년에 확립한 「Nano Cap™」 기술의 제품 전개를 한층 더 가속화하고 있습니다. LDO 레귤레이터를 비롯하여 OP Amp 및 타 제품의 내부 회로에 전개함으로써 각종 아날로그 회로의 콘덴서에 관한 안정 동작 과제를 해결하고 있습니다.
Pickup Product
Nano Pulse Control™
매우 좁은 펄스폭에서도 안정적인 제어가 가능하여, 압도적으로 높은 강압비 실현
■Buck Converter Integrated FET
Vin: 16V to 60V, 1A 1ch 2.1MHz, Integrated FET
Vin: 4.5V to 36V, 5A, 1ch, 600kHz or 1MHz or 2.2MHz, Integrated FET
■Buck Converter Integrated FET For Automotive
Vin: 16V to 60V, 1A,1ch 2.1MHz , Integrated FET
Vin: 2.7V to 36V, 2A, 1ch, with Boost Function, 2.2MHz, Integrated FET
Vin: 3.5V to 40V, 1A to 6A, 1ch, 2.2(2.4)MHz, Integrated FET
Nano Energy™
IC 자체의 소비전력을 저감함으로써, 미세 전류에서의 안정적인 동작 실현
■Buck Converter Integrated FET
Ultra Low quiescent current(180nA), 1ch, Integrated FET
■Ultra Low Power Low Offset Voltage CMOS Operational Amplifiers for Automotive
Ultra Low quiescent current (160nA), 1ch, Rail-to-Rail Input/Output, Low Offset, CMOS
■Voltage Detectors for Automotive
Ultra Low quiescent current(500nA), 40V, 125℃, Over/Under Voltage Detection Window Type, SSOP6 Package
Ultra Low quiescent current(270nA), 105℃, Under Voltage Detection, SSOP5 Package
Ultra Low quiescent current(270nA), 125℃,Under Voltage Detection, SSOP5 Package
Ultra Low quiescent current(270nA), 125℃,Under Voltage Detection, SSON004R1010 Small Size Package
Ultra Low quiescent current (300nA), 125℃, Over Voltage Detection, SSOP5 Package
Nano Cap™
안정 제어를 통해, 아날로그 회로의 콘덴서에 관한 안정 동작 과제를 해결!
■Single-Output LDO Regulators For Automotive
45V Withstand, Automotive Primary
■High Speed CMOS Operational Amplifier
1ch, 2ch 4ch, High Speed Ground Sense, Excellent EMI Characteristics CMOS
■High Speed CMOS Operational Amplifier For Automotive
1ch, Input/output Rail-to-Rail, Low Offset Voltage, CMOS
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전원 회로의 콘덴서 과제를 해결할 수 있는 기술의 등장!
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「Nano Pulse Control™」「Nano Energy™」「Nano Cap™」은 로옴 주식회사의 상표 또는 등록상표입니다.
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