Technologia QuiCur™ firmy ROHM maksymalizuje wydajność reakcji układów scalonych zasilaczy

Firma ROHM stworzyła QuiCur™, nową technologię zasilania, która poprawia charakterystykę odpowiedzi na stany nieustalone obciążenia układów scalonych przetwornic DC/DC (regulatorów przełączających) i LDO (regulatorów liniowych).

W ostatnich latach ciągła elektryfikacja aplikacji we wszystkich obszarach zwiększyła liczbę komponentów elektronicznych wraz z wymaganymi zasobami projektowymi. W związku z tym istnieje rosnące zapotrzebowanie na zmniejszenie liczby kondensatorów używanych do różnych celów, takich jak stabilizacja obwodów elektronicznych. Co więcej, aby zmniejszyć obciążenie projektowe obwodów zasilających przy zmianie specyfikacji, wymagane są wysokiej jakości układy scalone zasilaczy, które zapewniają doskonałą odpowiedź i zdolność do zapewnienia stabilnej pracy.

Ogólnie rzecz biorąc, układ scalony zasilacza stale monitoruje napięcie wyjściowe, aby zapewnić stabilną funkcjonalność zasilacza i zawiera obwód sprzężenia zwrotnego, który dostraja napięcie wyjściowe przez porównanie z wewnętrznym napięciem odniesienia. Zapewnienie szybszej reakcji umożliwia odwrócenie zmian napięcia wyjściowego spowodowanych wahaniami napięcia wejściowego i/lub prądu obciążenia w krótszym czasie. Z drugiej strony, zbytnie skrócenie czasu odpowiedzi może spowodować niestabilność pracy układu i oscylacje napięcia wyjściowego, a ponieważ na szybkość odpowiedzi wpływa również pojemność wyjściowa, do tej pory trudno było uzyskać żądaną wydajność odpowiedzi.

Włączenie nowo opracowanej technologii szybkiego reagowania na obciążenie QuiCur™ w układach scalonych zasilacza umożliwia osiągnięcie idealnej wydajności bez powodowania niestabilności w obwodach sprzężenia zwrotnego. Nie tylko można zmniejszyć liczbę elementów zewnętrznych i powierzchnię montażową, minimalizując pojemność kondensatora wyjściowego wymaganą przez układ scalony zasilacza, ale możliwa jest również liniowa regulacja wahań pojemności i napięcia wyjściowego (ujemna stała proporcjonalność), zapewniając stabilną pracę nawet wtedy, gdy pojemność wzrasta z powodu zmian specyfikacji. Przyczynia się to do znacznego zmniejszenia zasobów projektowych obwodów zasilania poprzez zapewnienie stabilnej pracy przy mniejszej liczbie komponentów zewnętrznych.

ROHM pracuje obecnie nad komercjalizacją układów scalonych zasilaczy wyposażonych w technologię QuiCur™, z planami dostarczenia próbek układów scalonych przetwornic DC/DC w kwietniu i LDO w lipcu 2022 roku.

Nazwa QuiCur™ pochodzi od oryginalnego obwodu Quick Current firmy ROHM, który zapewnia szybką reakcję obciążenia. Pozwala to na usunięcie tradycyjnego ograniczenia dla kompensacji stabilności układów scalonych i pozwala uzyskać idealną charakterystykę odpowiedzi na stany przejściowe obciążenia bez powodowania niestabilności w obwodach sprzężenia zwrotnego.

Poniższe cechy przyczyniają się do zmniejszenia obciążenia projektowego obwodów zasilających w różnych zastosowaniach.

1. Zmniejsza liczbę kondensatorów wraz z obszarem montażu
   QuiCur™ może szybko reagować na fluktuacje wyjściowe w odpowiedzi na prąd obciążenia, zmniejszając liczbę komponentów zewnętrznych wraz z miejscem na płytce, minimalizując pojemność wyjściową wymaganą przez układ scalony zasilacza. W rezultacie wydajność odpowiedzi równoważną konwencjonalnym produktom ROHM można osiągnąć przy mniej niż połowie pojemności.

   

2. Łatwo osiąga stabilną pracę nawet w przypadku zmiany specyfikacji
   Wraz ze wzrostem pojemności wyjściowej napięcie wyjściowe staje się bardziej stabilne, ale wydajność chwilowej odpowiedzi (czas reakcji) ulega pogorszeniu. QuiCur™ umożliwia liniową regulację (proporcjonalna stała ujemna) zarówno pojemności wyjściowej, jak i fluktuacji napięcia wyjściowego, ponieważ natychmiastowa charakterystyka odpowiedzi nie zmienia się, nawet gdy pojemność wyjściowa wzrasta. Ułatwia to uzyskanie stabilnej pracy, nawet gdy wymagana jest większa stabilność ze względu na zmiany specyfikacji (w celu dalszego zmniejszenia wahań napięcia wyjściowego).

   

Szczegóły technologii QuiCur™

QuiCur™ rozwiązuje dwa problemy obwodów sprzężenia zwrotnego układów scalonych konwencjonalnych zasilaczy przy dążeniu do uzyskania maksymalnej odpowiedzi, a mianowicie (1) obszar nieużyteczny generowany w zakresie częstotliwości niższym niż obszar niestabilny oraz (2) zmiany częstotliwości przejścia przez zero ( f0) ze względu na pojemność wyjściową, poprzez całkowity podział ról przetwarzania sygnału na szybkość odpowiedzi (system sterowania) i stabilność napięcia (system kompensacji). Pierwszy problem został rozwiązany przez zastosowanie dedykowanego wzmacniacza błędów, który nie generuje nieużytecznego obszaru w obwodzie sprzężenia zwrotnego. W przypadku drugiego problemu przyjęliśmy dedykowany wzmacniacz błędu drugiego stopnia i wprowadziliśmy technologię, która umożliwia regulację współczynnika wzmocnienia przez prąd wysterowania. Chociaż częstotliwość przejścia przez zero może się różnić w zależności od na podłączonej pojemności wyjściowej, dostosowując współczynnik wzmocnienia, częstotliwość przejścia przez zero można zawsze ustawić na granicy (na linii granicznej) między niestabilnymi i stabilnymi obszarami sterowania. Ten system, w którym role dwóch wzmacniaczy błędu są wspólne, ma szerokie zastosowanie w układach scalonych zasilania, takich jak układy scalone przetworników DC/DC i LDO, które zawierają obwody sprzężenia zwrotnego.

Działanie w połączeniu z technologią Ultra-Stable Control Nano Cap™

Nano Cap™ zapewnia stabilną kontrolę wyjścia regulatora liniowego poprzez poprawę odpowiedzi w obwodach analogowych, jednocześnie minimalizując czynniki pasożytnicze związane z okablowaniem i wzmacniaczami. Pozwala to zmniejszyć pojemność wyjściową do mniej niż 1/10 pojemności konwencjonalnych rozwiązań, eliminując potrzebę stosowania kondensatora na wyjściu regulatora liniowego i zapewniając stabilną pracę z zaledwie kondensatorem 100 nF po stronie MCU. Chociaż sam QuiCur™ może zmniejszyć pojemność wyjściową do rzędu μF, połączenie z Nano Cap™ sprowadza to do rzędu nF.