로옴의 최첨단 기술 Nano Series
 

What is the Nano Series?

Nano 시리즈란?

소형화, 저전력화를 추구해온 로옴의 전원 기술.
지금까지 축적해온 아날로그 기술을 구사하여 개발한 혁신적인 전원 기술이 바로 Nano 시리즈입니다.

개발에서 제조까지 모든 프로세스를 자사에서 실시하는 일관 생산 체제를 통해 실현한 Nano 시리즈는, 시장의 요구에 대응하는 전원 IC로서 사회에 기여합니다.

Pickup Product

새로운 발상으로 높은 응답성 실현과 전원 회로 설계 공수 대폭 삭감.

BD8P250MUF-C,BD90302NUF-C

매우 좁은 펄스폭에서도 안정적인 제어가 가능하여, 압도적으로 높은 강압비 실현

BD9V100MUF-C

기술 해설

Nano Pulse Control™
Nano Energy™
Nano Cap™

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 어려운 과제에 도전, 초고속 펄스 제어 기술 「Nano Pulse Control」을 개발하였습니다. 이 기술을 탑재함으로써 스위칭 온 시간은 9ns까지 단축되었습니다. 이는 현재 전원 IC로는 세계 최소※ 수치이며, 기존품이 120ns이므로, 매우 획기적인 기술이라고 할 수 있습니다. 또한, 매우 작은 펄스 폭에서도 안정된 제어를 실현한 점도 이 기술의 큰 포인트입니다.
개발면에서는 기존 견해와 크게 다른 발상의 전환과 동시에, 아날로그 설계 기술 및 전원계 프로세스의 노하우 등 수직 통합형 생산 체제의 활용이 개발 성공의 요인이라고 할 수 있습니다.
이 기술을 MOSFET 내장 강압 DC/DC 컨버터 「BD9V100MUF」에 탑재하여, 2MHz 동작 시 1chip으로 60V에서 2.5V까지의 강압을 실현하였습니다.

제품 탑재를 통해 실현 가능한 세계

60V에서 2.5V까지의 강압에 있어서 DC/DC 컨버터를 1chip화함으로써, 2chip 구성에 비해 주변부품을 포함한 부품수를 대폭 삭감할 수 있습니다. 특히 주파수가 높아짐에 따라, 코일을 대폭 소형화할 수 있습니다.

이에 따라, 어플리케이션의 소형화 및 시스템의 간략화와 동시에 비용 절감도 실현합니다. 마일드 하이브리드 카를 비롯한 산업용 로봇, 기지국의 서브 전원 등 48V계 전원 시스템으로 구동하는 산업기기의 소형화 · 비용 절감화를 통해 한층 더 사회로의 보급이 추진될 것으로 기대합니다.

로옴은 BD9V100MUF에 이어 「Nano Pulse Control」을 탑재한 제품을 순차적으로 개발하여, 다양한 제품군으로 고객의 폭넓은 요구에 대응해 나갈 것입니다.

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

단순히 소비전류를 저감시킨다는 관점에서는 회로의 저항치를 증가시킨다는 발상을 떠올릴 수 있습니다. 그러나, 이것만으로는 소자에서의 리크 전류 발생, 노이즈에 대한 감도 향상, 회로의 응답속도 저하 등의 문제가 발생합니다. 로옴은 소비전류를 저하시킴으로써 발생하는 트레이드 오프를 극한에 이르기까지 저감시킴과 동시에, 초경부하 상태에서의 소비전류 삭감을 실현한 획기적인 「Nano Energy」 기술을 개발하여, 현재 180nA라는 세계 최소※의 소비전류를 실현하였습니다.
이 기술을 DC/DC 컨버터 「BD70522GUL」에 탑재하여, 무부하 시 (어플리케이션 스탠바이 시)에 일반품에 비해 기존의 2배인 배터리 구동 시간을 실현하였습니다. 또한, 10μA에서 500mA로 업계에서 가장 넓은 전류 범위에서 90% 이상의 높은 전력 변환 효율을 실현하였습니다. 이는 로옴의 독자적인 수직 통합형 생산 체제를 통해 「회로 설계」「레이아웃」「프로세스」의 3가지 첨단 기술을 융합함으로써 실현할 수 있었습니다.

제품 탑재를 통해 실현 가능한 세계

전원 IC의 소비전류를 대폭 저감함에 따라, IoT 분야에서는 「코인 배터리로 10년간 구동」이라는 목표가 현실이 되었습니다. 이에 따라, 기기의 유지보수에 필요한 번거로움과 비용을 삭감할 수 있으며, 웨어러블 단말기 등 소형화 · 다기능화가 가속화하는 전자기기 분야에서도 소형 배터리로 장시간 구동을 실현할 수 있습니다.

또한, 에너지 하베스팅과 같은 태양광 및 열, 진동 등을 이용한 발전 시스템 등의 낮은 발전량에 있어서도 계속 동작이 가능하므로, 환경 분야에서의 이용도 크게 기대됩니다.

로옴은 「Nano Energy」를 코어 기술로, 이를 탑재한 전원 IC를 제품군으로 확충하여, 고객의 폭넓은 요구에 대응해 나갈 것입니다. 동시에, PMIC (파워 매니지먼트 IC)에 대한 탑재도 추진해 나갈 예정입니다.

자동차 및 산업기기를 비롯한 각종 전원 회로의 외장 콘덴서 용량이 극소량인 nF일 때도 안정적으로 제어 가능합니다.

개발 배경

최근, 에너지 절약 의식이 높아짐에 따라 모든 어플리케이션의 전자화가 추진되고 있습니다. 그 중에서도 자동차 분야에서는 전기자동차 및 자동 운전 기술의 진보에 따른 기술 혁신으로, 전자부품의 탑재수가 나날이 증가하고 있습니다. 이러한 전자부품 중에서, 전자회로의 안정화에 사용되는 콘덴서 (특히 적층 세라믹 콘덴서)는 매우 많이 사용되는 전자부품이기 때문에 사용하는 콘덴서를 1개라도 줄이고자 하는 요구가 높아지고 있습니다.
로옴이, 초고속 펄스 제어 기술 「Nano Pulse Control™」, 초저소비전류 기술 「Nano Energy™」에 이어 새롭게 확립한 세번째 Nano 전원 기술인 「Nano Cap™」은, 리니어 레귤레이터에 있어서 기존에는 필수였던 외장 콘덴서를 삭감할 수 있는 새로운 기술입니다. 자동차 분야뿐만 아니라 폭넓은 분야에서 전원 회로의 콘덴서 삭감 및 용량 저감을 실현함으로써 회로 설계의 부하 경감에 기여합니다.

기술의 상세 내용

Nano Cap은 아날로그 회로의 응답성 개선과 배선 및 증폭기의 기생 요인 극소화를 통해 리니어 레귤레이터의 출력을 안정적으로 제어함으로써, 출력 콘덴서 용량을 기존 기술의 1/10 이하로 줄일 수 있습니다.
예를 들어 리니어 레귤레이터와 마이컴으로 구성되는 회로의 경우 일반적인 리니어 레귤레이터는 리니어 레귤레이터의 출력측에 1µF, 마이컴의 입력측에 100nF의 콘덴서가 필요했습니다. 반면에 Nano Cap 탑재 리니어 레귤레이터의 경우 마이컴 측의 콘덴서 100nF만으로 동작을 안정시킬 수 있습니다. 실제의 Nano Cap 기술 평가 (조건 : 콘덴서 용량 100nF, 부하 전류 변동 50mA)에 있어서도 부하 전류 변동에 대한 출력전압 변동의 업계 요구치가 ±5.0% 이내인 상황에서, 기존의 100nF 대응 리니어 레귤레이터가 출력전압 변동 ±15.6%인 반면, Nano Cap을 탑재한 평가 칩은 ±3.6%의 안정 동작을 실현하였습니다.