ROHM maximiert mit QuiCur-Technologie das Ansprechverhalten von Stromversorgungs-ICs

Neue Technologie reduziert durch stabilen Betrieb mit weniger externen Komponenten die Ressourcen für das Design von Stromversorgungsschaltungen

Willich-Münchheide, 24. März 2022 – ROHM hat mit QuiCur™ eine neue Stromversorgungs-Technologie entwickelt, die bei DC/DC-Wandler-ICs (Schaltregler) und LDOs (Linearregler) das Einschwingverhalten der Last, das heißt, das Ansprechverhalten in Bezug auf Reaktionsgeschwindigkeit und Spannungsstabilität der nachfolgenden Stufe, verbessert. Die Elektrifizierung von Anwendungen schreitet in allen Bereichen voran. Das hat in den vergangenen Jahren zu einem steigenden Bedarf an elektronischen Komponenten und Design-Ressourcen geführt. Infolgedessen wird es notwendig, die Anzahl der Kondensatoren zu verringern, die für unterschiedlichste Zwecke zum Einsatz kommen, beispielsweise zur Stabilisierung elektronischer Schaltungen. Um den Design-Aufwand für Stromversorgungsschaltungen bei sich ändernden Spezifikationen zu reduzieren, werden hochwertige Stromversorgungs-ICs benötigt, die ein hervorragendes Ansprechverhalten und einen stabilen Betrieb sicherstellen. Zur Gewährleistung einer stabilen Stromversorgung überwacht ein Stromversorgungs-IC ständig die Ausgangsspannung und gleicht diese mittels Rückkopplungsschaltung mit einer internen Referenzspannung ab. Durch kürzere Reaktionszeiten können Änderungen der Ausgangsspannung, die durch Schwankungen der Eingangsspannung und/oder des Laststroms verursacht werden, schneller rückgängig gemacht werden. Andererseits führt eine zu starke Verkürzung der Ansprechzeit dazu, dass die Schaltung instabil wird und die Ausgangsspannung oszilliert. Da die Ausgangskapazität auch die Ansprechgeschwindigkeit beeinflusst, war es bisher schwierig, das gewünschte Ansprechverhalten zu erreichen. Durch Integration der neu entwickelten Hochgeschwindigkeits-Laststeuerungs-Technologie QuiCur™ in Stromversorgungs-ICs lässt sich eine ideale Leistung erzielen, ohne dass die Rückkopplungskreise instabil werden. Ausgangs-kondensatoren mit verkleinerter Kapazität reduzierten nicht nur die Anzahl der externen Bauteile und die Montagefläche, sondern ermöglichen auch lineare Anpassungen der Kapazität und der Ausgangsspannungsschwankungen (negative konstante proportionale Beziehung). Dadurch wird selbst dann ein stabiler Betrieb gewährleistet, wenn sich die Kapazität aufgrund von Spezifikationsänderungen erhöht. Dies verringert erheblich die Ressourcen für das Design von Stromversorgungsschaltungen, da ein stabiler Betrieb mit weniger externen Komponenten möglich ist. ROHM arbeitet derzeit an der Kommerzialisierung von Stromversorgungs-ICs mit QuiCur™-Technologie. Das Unternehmen plant die Auslieferung von Mustern von DC/DC-Wandler-ICs im April und von LDOs im Juli dieses Jahres. (Bild 1 + 2) Details zur QuiCur™-Technologie Wenn ein maximales Ansprechverhalten angestrebt wird, stehen herkömmliche IC-Rückkopplungsschaltungen für Stromversorgungen vor zwei Problemen: Erstens, der nicht nutzbare Bereich, der im Frequenzbereich unterhalb des instabilen Bereichs erzeugt wird, und zweitens, Schwankungen der Nulldurchgangsfrequenz (f0) aufgrund der Ausgangskapazität. Die neue QuiCur™-Technologie bietet eine Lösung, die die Aufgaben der Signalverarbeitung für die Ansprechgeschwindigkeit (Regelsystem) und die Spannungsstabilität (Kompensationssystem) vollständig aufteilt. Das erste Problem wurde durch die Verwendung eines speziellen Fehlerverstärkers behoben, der keinen nicht nutzbaren Bereich in der Rückkopplungsschaltung erzeugt. Für das zweite Problem hat ROHM einen Fehlerverstärker für die zweite Stufe eingesetzt und eine Technologie eingeführt, die den Verstärkungsfaktor (Gain) mittels Stromzufuhr anpasst. Die Nulldurchgangsfrequenz kann in Abhängigkeit von der angeschlossenen Ausgangskapazität variieren. Durch Anpassung des Verstärkungsfaktors lässt sich die Nulldurchgangsfrequenz jedoch an der Grenze (auf der Grenzlinie) zwischen dem instabilen und dem stabilen Regelbereich einstellen. Dieses System, bei dem sich die beiden Fehlerverstärker die Aufgaben teilen, kann weitgehend auf Stromversorgungs-ICs mit Rückkopplungsschaltungen wie DC/DC-Wandler-ICs und LDOs angewendet werden. (Bild 3) Kombination mit der Nano Cap™-Steuerungstechnologie Die Nano-Cap™-Technologie ermöglicht eine stabile Regelung des Linearregler-ausgangs, indem sie das Ansprech-verhalten in analogen Schaltungen verbessert und parasitäre Faktoren im Zusammenhang mit der Verdrahtung und den Verstärkern minimiert. Die Ausgangskapazität kann so auf weniger als ein Zehntel der herkömmlichen Lösungen reduziert werden. Dadurch wird der Kondensator am Ausgang des Linearreglers nicht mehr benötigt und ein stabiler Betrieb mit nur einem 100-nF-Kondensator auf der MCU-Seite gewährleistet. Obwohl die QuiCur™-Technologie die Ausgangskapazität bereits auf eine Größenordnung von µF reduziert, kann sie durch die Kombination mit der Nano-Cap™-Technologie bis in den nF-Bereich gesenkt werden. (Bild 4 + 5) Weitere Informationen über Nano Cap™ gibt es unter: https://www.rohm.com/support/nano

Über ROHM Semiconductor ROHM Semiconductor, ein weltweit aktives Unternehmen, das per 31.3.2021 einen Umsatz von rund 3,295 Mrd. US-Dollar erwirtschaftete und 22.370 Mitarbeiter beschäftigt, entwickelt und produziert eine umfangreiche Produktpalette, die von SiC-Dioden und MOSFETs, analogen ICs wie Gate-Treibern und Power-Management-ICs über Leistungstransistoren und Dioden bis hin zu passiven Bauelementen reicht. Die Produktion erfolgt in modernsten Fertigungsstätten in Japan, Korea, Malaysia, Thailand, den Philippinen und China. LAPIS Technology, SiCrystal GmbH und Kionix gehören ebenfalls der ROHM Semiconductor Group an. ROHM Semiconductor Europe mit seiner Zentrale nahe Düsseldorf betreut die EMEA-Region (Europe, Middle East, Africa). Für weitere Informationen besuchen Sie bitte www.rohm.de