【技术】搭载超低消耗电流技术的180nA电源IC BD70522GUL，使纽扣电池驱动设备实现连续10年驱动

时间： 2018-08-31 来源：ROHM

技术问答

近年来，智能手机等移动设备、可穿戴式设备及IoT设备等用电池驱动的电子设备迅速普及。而且，为了提高产品的设计灵活度并确保配置新功能所用的空间，要求这些产品上搭载的元器件的功耗要降低到极限，以实现小型化并延长电池使用寿命。

一直以来，ROHM充分利用模拟设计技术、电源系统工艺以及垂直统合型生产体制优势，致力于开发满足市场需求的电源IC。如今，实现可持续发展社会已经成为全人类的强烈要求。实际上，纽扣电池10年驱动技术也已经成为IoT和可穿戴式设备领域的常见关键词。此次，ROHM针对这种社会需求，利用多年来积累的并确立的技术，开发出搭载超低消耗电流技术“Nano Energy”的电源IC。这使纽扣电池驱动设备可以轻松实现连续10年驱动。

Nano Energy技术

BD70522GUL在支持电池驱动的开关稳压器中，实现了180nA的世界最小(截至2018年1月ROHM调查数据)消耗电流(图2)。下面介绍一下BD70522GUL所搭载的Nano Energy技术。

[图1] 可穿戴式设备的组成示例

[图2]与竞争对手的消耗电流比较

纽扣电池10年驱动

纽扣电池中最有名的产品是Maxell推出的CR2032。这种电池的标称容量为220mAh，是各公司的通用规格。为了使用这种纽扣电池连续10年驱动电子设备，需要估算所需的电源IC工作时消耗电流。虽说电池容量是220mAh，电源IC也不可能消耗掉所有的电量。在此多估算一些，按照假设电源IC可消耗100mAh来计算。

ICC(消耗电流)＝100mAh(电池容量)÷87,600h(10年)≒1μA(图3)

这个1μA的值就是电源IC工作时容许流过的平均消耗电流上限。也就是说，电源IC的消耗电流为nA量级是必要条件。这样就可以无需增加电池的容量而是通过无限减少电源IC的消耗电流，来延长电子设备的连续驱动时间并进行功能扩展。BD70522GUL将消耗电流削减至180nA，大幅延长了电池续航时间。

[图3]　纽扣电池10年驱动的必要条件

削减消耗电流带来的课题

削减电源IC消耗电流最简易的方法是增加内部电阻的电阻值。但是，单纯地增加电阻的话，以下各种问题都会突显出来。

・电路面积增加

・对元件漏电流的影响增加

・阻抗增加会提高对干扰噪声的灵敏度

・模拟电路的响应速度恶化

“电路面积增加”是指电阻值的增加带来的电阻面积增加。

“对元件漏电流的影响增加”是指组成电源IC的部件中MOS(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)晶体管相关的问题。该晶体管即使在OFF状态下也会流过一定的漏电流。该漏电流产生于内部电路或输出段。例如，以流入反馈电阻的漏电流为例(图4)，如果是之前的电阻值，则相对于输出电压产生的稳态电流(=输出电压÷反馈电阻)漏电流十分小，因此可以忽略；但电阻增大后，稳态电流会变小，将无法再忽略漏电流的影响。

“阻抗增加会提高对干扰噪声的灵敏度”是指为简单起见，假设电阻(R)连接的是π型滤波器。当其一端被施加电压、另一端进来噪声时，含噪声端子的电压到稳定为原电压之间的时间常数由π型滤波器的RC决定。该电阻增加会使时间常数变大，从而使到达稳定状态的时间变长。

“模拟电路的响应速度”是由诸多因素决定的，在此通过对电容器的充电为例来考虑。充电到一定工作电压的时间即响应速度，该响应速度与充电用的电流成正比，因此如果消耗电流减少，响应速度会变差(图5)。

[图4]削减消耗电流带来的课题(漏电流)

[图5]削减消耗电流带来的课题(响应速度)

攻克课题的主要技术及其特性效果

针对前述的各种课题，ROHM融合垂直统合型生产体制下的“电路设计”、“布局”、“工艺”三大尖端模拟技术，创建了Nano Energy技术。通过这些优势的大融合，对各种课题实施了最佳对策。在这里，以BD70522GUL中搭载的Nano Energy技术的电路设计技术为例，来介绍以下两个主要技术及其效果。

・降低基准电压单元和控制监测单元消耗电流的技术

・解决控制监测部的低消耗电流、高速响应、高精度之间存在的矛盾关系的技术

BD70522GUL是降压型开关稳压器。对于开关稳压器来说，当作为负载的输出电流低于一定的值时，通过切换为间歇工作模式，可以在保持输出电压的同时减少电流消耗。在需要Nano Energy技术的众多应用中，预计保持间歇工作状态的时间都比较长。为此，在BD70522GUL的开发中，深入分析并基于分析结果减少了这种间歇工作时的电流。

首先，根据分析结果，将间歇工作时消耗电流的主要原因提炼为基准电压单元和控制监测单元两处(图6)。然后，对于这两个单元采用最佳的消耗电流削減方法，使这两单元的消耗电流降至以往的1/100左右。其结果是，在电源IC的最重要特性--效率特性中，在后段待机状态负载电流10μA的条件下，实现了效率90％以上的特性(图7)。另外，在直至最大负载电流500mA的更宽范围内均可保持该特性。

[图6]　开关稳压器方框图

[图7]　BD70522GUL的效率特性

下面介绍一下解决控制监测部的相互制约的矛盾关系的技术。如前所述，减少控制监测部的消耗电流会导致响应速度恶化。而且，还有一个由控制监测部决定的重要电路特性。那就是稳定的输出电压。以传统的控制监测部的电路结构，不可能同时改善“低消耗电流、高速响应、高精度”这三大特性。但是，利用BD70522GUL中搭载的Nano Energy技术，通过全面改善电路结构，成功地使以往无法同时实现的三大特性得以同时改善。并且实现了世界最小的无负载时消耗电流、负载波动时的高速响应性(Load response)、整个负载范围内稳定的输出电压(Load regulation)(图8,9)。

[图8]　BD70522GUL 高速响应特性

[图9]　BD70522GUL 输出电压稳定性

搭载Nano Energy的产品可支持广泛的应用

Nano Energy技术是非常有用的低功耗技术，而降低消耗电流是需要电源的所有应用中永远的主题。如本文开头所述，该技术尤其对于待机状态长、但工作时需要迅速响应的应用来说是最佳技术。

例如利用纽扣电池和锂离子电池等驱动的移动设备或安防设备等应用。此外，随着近年来汽车电子化的加速，也正在成为车载元器件所需的技术。ROHM拥有的电源IC技术，不仅有开关稳压器，还有LDO(Low Drop Out)稳压器。如今，搭载Nano Energy的LDO稳压器也已在开发中，ROHM未来还将继续提供进一步节省空间、降低噪声的丰富解决方案，为实现可持续发展社会贡献力量。(图10)

[图10]　搭载Nano Energy技术的产品支持的应用示例

利用ROHM开发的超低功耗技术--Nano Energy技术，可显著降低电源IC的消耗电流。例如，搭载Nano Energy的BD70522GUL实现了180nA的世界最小消耗电流。另外，对于与降低消耗电流相互制约的矛盾课题，BD70522GUL也通过Nano Energy技术，同时实现了超低消耗电流、高速响应、输出电压的稳定性。这意味着ROHM可以为更广泛的应用提供更丰富的解决方案，其中包括以“纽扣电池10年驱动”为关键词的移动设备领域、乃至近年来发展迅速的车载电子元器件领域。

目前，ROHM正在市场上推广电源IC的两大尖端技术Nano技术(Nano Pulse Control和Nano Energy)。这些技术不是仅对特定领域有效的技术，而是因其出色的性能而可以在更广泛的领域中应用的技术，这一点是这些技术共同具备的特点。未来，ROHM将会继续扩大搭载了Nano技术的产品群，以满足更广泛的需求，为实现可持续发展社会贡献力量。

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全部评论（14）

梦幻天涯 Lv7. 资深专家 2018-11-06

学习了。
Kris Lv6. 高级专家 2018-11-05

学习了
流水 Lv7. 资深专家 2018-11-01

不错的
技工 Lv5. 技术专家 2018-10-29

学习了，一直没参考怎么做，看了可以列出好的办法了
喜欢笑的那个她 Lv7. 资深专家 2018-10-23

学习

慧慧1985 Lv7. 资深专家 2018-10-19

学者
用户31714282 Lv4. 资深工程师 2018-10-19

学习了
珍珍 Lv7. 资深专家 2018-10-19

学习了
世强你最佳的选择 Lv6. 高级专家 2018-10-14

学习了
yuyu Lv8. 研究员 2018-10-11

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目录- Linear Regulators Switching Regulators System Power Supply ICs Non-isolated type ACDC Controller ICs Isolated and Non-isolated Type ACDC Converter Isolated Type ACDC Converter ICs Gate Drivers Temperature Monitor Power Management Switch Wireless Power Battery Management IC Voltage Detectors (Reset ICs)

型号- BD7673AG,BU90006GWZ,BAJ0CC0FP,BD81026MUV,BA18JC5T,BD52XXFVE SERIES,BD18KA5W,BD1CIC0WHFV,BD1CIC0W,BU43XXG SERIES,BH25RB1WGUT,BD18HA3WEFJ,BD7602GUL,BU27TA2WHFV,BD82001FVJ-LB,BAJ2CC0WT,BD12IC0MEFJ-LB,BD50FA1MG-M,BD9109FVM-LB,BD15HA5WEFJ,BD50HC5MEFJ-C,BA70BC0FP,BD50FD0WHFP,BD70GA5MEFJ-LB,BD50HC5MEFJ-M,BM61M41RFV-C,BD9C301FJ,BU48XXF SERIES,BD15KA5WFP,BU1BTD2,BD30GA5MEFJ-M,BD15GC0MEFJ-LB,BD00GA5MEFJ-LB,BM2SC123FP2-LBZ,BD80C0AWFP2-C,BD50GA3WNUX,BD9P135MUF-C,BD18HC0MEFJ-M,BD46EXX1G-M,BU30TA2WNVX,BD71L4LG-1,BD30IC0W,BD95821MUV,BA50JC5T,BD70HC0WEFJ,BD00GC0MEFJ-M,BD8158FVM,BD49XXFVE SERIES,BA25BC0WFP,BD12IC0WEFJ,BD18HA3MEFJ-LB,BD53XXG-2M SERIES,BU32TD3WG,BM6112FV-C,BD87A34FVM,BM2P26CK-Z,BD30GA3W,BD90FD0W,BD52XXG-2C,BD6046GUL,BD47XXG 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选型指南 - ROHM - Edition 2022 - 2022/8/3 PDF 英文下载查看更多版本

ROHM（罗姆）电源管理IC选型指南（英文）

型号- 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选型指南 - ROHM - 2022/3/28 收起

【IC】罗姆电源IC选用攻略！助力打造更高效、更可靠的电源系统

作为全球知名的半导体制造商，罗姆凭借其卓越的产品和技术，在电源管理领域扮演着举足轻重的角色。本文将为各位工程师带来罗姆在电源管理领域的技术及产品介绍。罗姆的电源管理IC包含线性调节器、开关调节器、电源管理开关IC及系统电源等多个种类。

产品发布时间 : 2024-10-30

ROHM（罗姆）电源管理IC选型指南（中文）

描述- ROHM的电源管理IC包括线性调节器、开关调节器、电源管理开关IC、系统电源等多个品种。

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选型指南 - ROHM - 2024/2/27 PDF 中文下载

【经验】根据电源IC的功率损耗进行热计算的方法

本文将介绍根据求得的电源IC的功率损耗进行热计算的方法，并判断在实际使用条件下是否在最大额定值范围内。原本之所以求损耗（效率），是为了确认最终IC芯片和晶体管芯片的结温Tj未超出最大额定值，并确认电源电路在要求条件下准确且安全地工作。

设计经验发布时间 : 2019-11-16

漫步者Lolli3 ANC真无线耳机采用ETA钰泰ETA4030充电IC为内置锂电池充电，具有预充电功能

我爱音频网对EDIFIER漫步者Lolli3 ANC真无线降噪耳机进行了拆解测评，内部结构配置方面，采用ETA钰泰ETA4030充电IC为内置锂电池充电。钰泰ETA4030充电IC，是一款单电池、完全集成的恒流（CC）/恒压（CV）锂离子电池充电器，紧凑的封装和最低的外部组件要求使其成为便携式应用的理想选择。

应用方案发布时间 : 2024-10-28

1000mA单节锂离子电池线性充电IC TP4056X，带电池正负极反接保护、输入电源正负极反接保护

TP4056X是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器，可编程充电电流高达1000mA，带电池正负极反接保护、输入电源正负极反接保护。其底部带有散热片的ESOP8封装与较少的外部元件数目使得TP4056X成为便携式应用的理想选择。TP4056X可以适合USB电源和适配器电源工作。

产品发布时间 : 2024-07-19

System Power Supply ICs for TVs Built-in FET Synchronous Rectification Type DC/DC converters H3RegTM Type BD95830MUV

型号- BD95830MUV

数据手册 - ROHM - Rev.B - 2011.05 PDF 英文下载

FS4056 ESOP8 锂离子电池充电 IC

型号- FS4056

数据手册 - 富信 - 2024/10/9 PDF 英文下载

Power Supply IC Series for TFT-LCD Panels Multi-Channel System Power Supply IC BM81028AMWV

型号- BM81028AMWV-E2,BM81028AMWV

数据手册 - ROHM - Rev.003 - 12.May.2015 PDF 英文下载

【选型】ROHM（罗姆）车载用稳压器选型指南（英文）

目录- Company Profile Types and Features of Automotive Power Supply ICs Switching Regulators Linear Regulators Manufacturing Introduction

型号- BDXXIXXMEFJ-M,BD800M5WHFP-C,BD4269EFJ-C,BD9901XEFV-M SERIES,BD99010EFV-M,BD9016KV-M,BD9PXX5EFV-C,BD50C0AWHFP-C,BD90C0A□□□-C,BDXXHXXMEFJ-M SERIES,BD80C0AWFP-C,BD80C0AFP-C,BD33IC0MEFJ-C,BDXXHXXMEFJ-C SERIES,BD9901XEFV-M,BD50C0AWFP2-C,BD50C0AHFP-C,BD50FA1MG-M,BD9S100NUX-C,BD9S201NUX,BD433M2WFP3-C,BD50C0AFP-C,BUXXJA2MNVX-C SERIES,BD9SD11NUX,BD9P205MUF-C,BD9P155EFV-C,BD50C0AFP2-C,BDXXIXXMEFJ-C,BDXXHA3MEFJ-M,BD9SX00NUX-C,BD00JC0MNUX-M,BD90610EFJ-C,BD90C0AW□□□-C,BD750L2EFJ-C,BDXXGA5MEFJ-M,BD820F50EFJ-C,BDXXGXXMEFJ-M SERIES,BD80C0AWFP2-C,BD9S110NUX-C,BD9P135MUF-C,BD906X0HFP-C,BD9S400MUF-C,BD33C0AWFP-C,BD9S201NUX-C,BD90302NUF-C,BDXXHA3MEFJ-C,BD80C0AHFP-C,BD9P255MUF-C,BDXXGA3MEFJ-C,BD00C0AW□□□-C,BD433M5WFP2-C,BD750L5EFJ-C,BDXXGXXMEFJ-C,BD750L2FP3-C,BD733L2FP-C,BD80C0AWHFP-C,BD433M5□□□-C,BD433M5WFPJ-C,BD433M5FP-C,BD80C0AFPS-C,BD906X0EFJ-C,BD90C0AFP2-C,BDXXGA3MEFJ-M,BD42530FPJ-C,BD450M2FP3-C,BD50C0AWFP-C,BD450M2WFP3-C,BD90620EFJ-C,BD9SXXXNUX-C,BDXXIXXMEFJ-C SERIES,BUXXJA2DG-C,BD00GXXMEFJ-C,BD42530FP2-C,BD33C0A□□□-C,BD9015KV-M,BD733L5□□□-C,BDXXGXXMEFJ-M,BD9SX00MUF-C SERIES,BD357XY SERIES,BD750L5FP-C,BD9P235MUF-C,BD9P235EFV-C,BD450MX□□□-C,BD9S200MUF-C,BD800M5WFP2-C,BD906XHFP-C,BD90C0AHFP-C,BD50C0AW□□□-C,BD433M2WEFJ-C,BD90C0AWHFP-C,BD906X0EFJ-C SERIES,BUXXSD2MG-M,BD9PXX5MUF-C SERIES,BD33C0AFP-C,BD4271FP2-C,BD4271HFP-C,BD433M5W□□□-C,BD433M2FP3-C,BD90640EFJ-C,BD750L5□□□-C,BD90C0AWFP2-C,BDXXHA5MEFJ-M,BD450M5□□□-C,BD733L2FP3-C,BDXXIC0MEFJ-M,BD357XY,BD9P1X5EFV-C,BD750LX□□□-C,BD9P1X5MUF-C,BD42530□□□-C,BD733LX□□□-C,BD99011EFV-M,BD9PXX5EFV,BD433M2W□□□-C,BD9S012NUX-C,BD450M5WFPJ-C,BD906X0HFP-C SERIES,BD9P205EFV-C,BD90610HFP-C,BD433M5FP2-C,BD9S111NUX-C,BD9PXX5MUF,BDXXHC0MEFJ-M,BD33C0AWFP2-C,BD9PXX5MUF-C,BD433M2□□□-C,BD9PXX5,BD3650FP-M,BD90C0AWFP-C,BD733L2□□□-C,BD9P155MUF-C,BDXXHXXMEFJ-M,BD9SX00MUF-C,BD4271□□□-C,BD42530EFJ-C,BD9P135EFV-C,BD33C0AWHFP-C,BD9PXX5EFV-C SERIES,BD9S300MUF-C,BD90C0AFP-C,BD433MX□□□-C,BD800M5W□□□-C,BD450M5FP2-C,BD9S000NUX-C,BD42754□□□-C,BD8P250MUF-C,BD750L2FP-C,BD80C0AFP2-C,BD450M5WFP2-C,BD9P233MUF-C,BDXXHC5MEFJ-M,BDXXHXXMEFJ-C,BD9035AEFV-C,BD9P255EFV-C,BD9SX1XNUX-C,BD750L2□□□-C,BD450M5FP-C,BD00C0AWFP-C,BDXXGC0MEFJ-M,BD9PXX5 SERIES,BD450M2W□□□-C,BD42500G-C,BD425X0□□□-C,BD7XXLX□□□-C SERIES,BD425X0□□□-C SERIES,BD90620HFP-C,BD80C0AW□□□-C,BD00C0AWHFP-C,BUXXJA2MNVX-C,BDXXIXXMEFJ-M SERIES,BD33C0AW□□□-C,BD42540FJ-C,BDXXIA5MEFJ-M,BD450M2EFJ-C,BD9P2X5EFV-C,BD33C0AFP2-C,BD33C0AHFP-C,BD9P2X5MUF-C,BD800M5□□□-C,BD50C0A□□□-C,BD4269FJ-C,BD7XXLX□□□-C,BD4269□□□-C,BD00C0AWFPS-M,BD733L2EFJ-C,BD450M2WEFJ-C,BD90640HFP-C,BD42754FP2-C,BD00C0AWFP2-C,BUXXJA2VG-C,BD906XHFP-C SERIES,BD9SXXXNUX-C SERIES,BD733L5FP-C,BD80C0AWEFJ-C,BD9P105EFV-C,BD50HC0MEFJ-C,BD450M5W□□□-C,BDXXGXXMEFJ-C SERIES,BD450M2□□□-C,BD00IA5MHFV-M,BD9P105MUF-C,BD906X0EFJ,BD9V100MUF-C,BD42754FPJ-C,BD80C0A□□□-C,BD433M2EFJ-C

选型指南 - ROHM - Ver.3.2 - 10.2020 PDF 英文下载