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「超低消費電流」 「低ノイズ」 「低起電力」 ならこれで決まり！
日清紡マイクロデバイスのオススメIoT機器向け 6製品のご紹介
日清紡マイクロデバイスのオススメIoT機器向け 6製品のご紹介
2019年2月4日
今、テクノロジーのトレンドとして注目されている「モノのインターネット：IoT（Internet of Things）」は、2025年には対2018年度比で 約3倍の市場規模になると予想されています。750億個ものIoT機器が普及するというのは、非常に魅力的です。
IoT機器が登場した当初は、携帯電話やスマートフォン、タブレット端末と同じ性能の電源ICが使われていました。バッテリー容量が2000mAh以上もあるIoT機器には、同じICを使用しても問題はなかったのです。
しかし、IoT分野の急成長に伴い、スマートウォッチや充電式補聴器などのウェアラブル端末、ワイヤレスセンサーノード、スマートメーターといった、さまざまな小型の機器が登場しました。このような機器には小規模バッテリー容量でありながら長時間の稼働が求められるため、電源ICにも小さく、かつ省電力といった性能が要求されます。
小型のIoT機器に求められる「省電力」の鍵は、“スリープモード”にあります。IoT機器は、データ転送などのタスク実行時以外はスリープモードで動作しています。つまり、動作時間の大半を占めるスリープモード時の消費電流を抑えることで、IoT機器のバッテリーを長時間持続させることができるのです。
当社では30年以上にわたって、省面積・低消費電流の電源IC開発を行なってきました。当社ではIoT製品に適したLDOレギュレータやDCDCコンバータを幅広く取り揃えております。今回は当社のラインナップから、IoT機器向けに最適な6製品を紹介します。
LDOレギュレータIC ：RP118シリーズ
電源電圧の降圧には変換効率の高いDCDCコンバータがよく用いられますが、回路への組み込みやすさを考えると、LDOレギュレータの魅力もまだ健在です。しかし、静止時の消費電流が1µA以下のLDOレギュレータでは、過渡応答速度は比較的遅く、入力過渡応答や負荷過渡応答では、出力電圧に大きなピークノイズが発生します。
このようなお客様の課題を解決するために、RP118シリーズでは3つの動作モード切替えに着目しました。
■ ECO機能「自動切替型」でモード切替え
- 1. 低消費電流モード：可能な限り消費電流を抑えてバッテリー節約
- 2. 高速モード ：高速過渡応答によりダイナミック性能向上
■ CE端子でモード切替え
- 3. スタンバイモード ：消費電流の最小化
ECO機能とは、低消費電流と出力の安定性能を1つのLDO レギュレータで切り替えることができる機能です。搭載するIoT機器の状態に合わせて、高速モードや低消費電流モードに切り替えることができるため、消費電流の削減に効果的です。
RP118シリーズは、IoT機器の長時間駆動に最適なLDOレギュレータICです。
出力負荷電流をモニタリングし、ECO機能により出力電流が約1mAを超えると高速モードに、既定値まで下がると低消費電流モードへ自動で切り替わります。
低消費電流モードの消費電流はわずか0.2 µAと非常に小さく、また、高速モード時では過渡応答特性が強化されるため、電圧変動を抑えることができます。
スタンバイモードはCE端子によって制御され、LDOレギュレータの出力がオフになることで、スタンバイ電流も0.002µAまで減少します。
LDOレギュレータIC：RP122シリーズ
LDOレギュレータの選び方に際しては、低電力消費とパフォーマンスのトレードオフが問題になります。過渡応答性やリップル除去率などの性能を犠牲にしてでも低消費電流のLDOレギュレータを選ぶべきか、それとも電力消費が大きくてもパフォーマンス性能を優先するかという選択に、回路設計技術者はしばしば頭を悩ませます。
この悩みを解決する手段として、当社ではECO機能「シームレス型」をご提案しています。
「シームレス型」とは､低消費電流モードと高速モードを切り替えるのではなく、出力負荷電流に応じてモード移行する方式です。出力負荷電流の減少にともない消費電流もなだらかに減少するため、出力電流要求に対して、消費電流と応答特性を適応させることが可能になります。無負荷時の消費電流を抑えつつ優れた過渡応答特性を併せ持つ、注目の機能方式です。技術説明 (FAQ：LDOレギュレータ)
RP122シリーズ は、消費電流は9.5µAでありながら、リップル除去率は90dB@1kHz、65dB@100kHz、出力ノイズは8µVrmsと優れた特性を備えています。ノイズ対策を必要とするセンシティブなIoT機器に最適なバランスの良いシームレス型のLDOレギュレータです。
DCDCコンバータIC（降圧）：RP511シリーズ / RP512シリーズ
降圧DCDCコンバーターでIoT機器の小型化に貢献する製品をお探しであれば、RP511/RP512シリーズをおすすめします。
オンモード時だけで無く、スリープモード時（軽負荷時）での高効率化によりバッテリーを小型にできるだけでなく、 広い入力電圧範囲（2.0 V ～5.5 V）により、さまざまな種類の電池に対応します。最低入力電圧が低いことで、効率的に電池を使い切ることができます。
出力電流は100mA（RP511シリーズ）、 300mA（RP512シリーズ）をご用意しています。無負荷時の消費電流は0.3µA、 待機時の消費電流は0.01 µAの超低消費電流を実現、トータルで消費電力を減らすことで、バッテリーの長寿命化に貢献します。
また、WLCSPパッケージを採用した場合の外付け部品(CIN , COUT , インダクタ) を含めたトータル実装面積は、 RP511シリーズは8.0 mm2、 RP512シリーズでは 10.6mm2です。 PCB基板のさらなる実装部の高密度化により、IoT機器の小型・軽量に最適なシステムを構築することができます。
内蔵のハイサイドおよびローサイドのMOSFETで同期整流を行うため、外付けの整流用ダイオードが不要です。 軽負荷時の高効率(95%＠0.1mA)を達成するために最適なVFM制御を採用しており、VFMスイッチング周波数は、入力電圧・出力電圧・出力電流値によって変化します。
DCDCコンバータIC（昇降圧） ：RP604シリーズ
昇降圧DCDCコンバータは、バッテリー電圧が出力電圧より高いときには降圧DCDCコンバータとして、バッテリー電圧が出力電圧より低いときには昇圧DCDCコンバータとして機能します。入力電圧が大きく変化する用途で主に用いられる電源ICです。
RP604シリーズは、長時間バッテリー駆動のIoTデバイスに最適な昇降圧DCDCコンバータです。消費電流は0.3µAと非常に小さく、ピーク効率は90%＠0.1mAです。
また、複数の保護回路を内蔵することで、高い信頼性を発揮します。
- UVLO機能：入力電圧が最小動作電圧を下回った場合の誤動作防止
- ソフトスタート回路：スタートアップ時の出力電圧のオーバーシュート・アンダーシュートの防止、出力電圧のスムーズな上昇
- Lx電流制限回路：インダクタのピーク電流が特定値を超えないよう制限
- サーマルシャットダウン機能：ジャンクション温度140℃以上で出力オフ
DCDCコンバータIC（降圧）：R1800シリーズ
R1800シリーズは、光や振動等の発電素子に最適な、エナジーハーベスト用降圧DCDCコンバータです。
無負荷時・常温でIQ144nAという超低消費電流をもち、起電力は、わずか720nWと非常に小さく、また出力電流10µAの軽負荷時の効率90%も実現しています。
ハーベスタの能力を生かすための最大電力を制御する機能、および逆流防止機能の搭載により、発電素子からの電力供給の最適化を図りつつ、ハーベスタからの電力供給が無い場合でも蓄電素子にためた電荷を無駄にしないため、非常に効率のよい電力の取出しが可能です。
まとめ
今回は「超低消費電流」 「低ノイズ」 「低起電力」 の切り口で、IoT機器向けの6製品をご紹介しましたが、いかがでしたでしょうか？
IoT機器の新ビジネス実現に向けての技術的な課題として、バッテリーの長時間駆動と小型化、低ノイズの検討は今後ますます必要となるでしょう。その上で今回の記事を、課題解決のためのヒントの一つとしてご参照いただければ幸いです。
今回の6製品以外にも「バッテリー電圧をモニタできる電源IC」や「IoT機器向け電源構成図」をご紹介したIoT機器向けの特集記事を掲載しておりますので、ぜひあわせてご覧ください。
関連情報
IoT機器向けへの取り組み
超低消費電流 低ノイズ 低起電力 電源IC
日清紡マイクロデバイスは「お客様の手を煩わさずにいつまでもアシストし続けたい」という思いで IoT用途に最適な電源IC製品を開発し、国内自社工場で生産しています。
お客様のお悩みに対しては、当社の問題解決のプロが最適なソリューションをご提案しIoTシステムの構築をアシストします。まずはお電話・メールよりお気軽にお問い合わせ下さい。また、当社では1つから購入可能なサンプル販売や、お客様に役立つさまざまなサポートを行っております。当社のサンプルをぜひ一度お試しください。
以上、最後までお付き合いいただきありがとうございました。