저전력 · 소형화를 실현하는
로옴의 혁신적인 「Nano」 전원 기술

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.

개발 배경

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.