電源にエコロジー ～ルネサスから新しい風が吹く～

電源にエコロジー ～ルネサスから新しい風が吹く～

現在、世界的に省エネルギーに関心が集まっており、 さまざまな分野で省エネルギー対策が進んできています。
それは、エレクトロニクス製品も同様であり、先端のエレクトロニクス製品ほど、 高効率な電源が搭載されるようになっています。
ルネサスのテーマは、この『電源を通じて省エネルギー、エコで世の中に貢献していく』ことで、多彩なマイコンラインアップとパワーアナログによるシナジー効果がルネサスの強みです。
電源に求められるのは、高効率、高力率、高速応答性、高い安全性ですが、ルネサスは強みとするアナログ技術を活かし、ナノワットのローパワーからキロワットのハイパワーまで豊富な製品展開により、市場のご要求にお応えいたします。

市場ニーズとルネサスの要素技術

エアコン、ノートPC用電池、PC/サーバのアプリケーションにおいて、市場ニーズとルネサスの要素技術をまとめたのが下図です。

【エアコン】とくに省電力が重要で、インバータ技術によりきめ細かいコントロールが可能です。微弱な風から強風まで、また冷やす、暖める、を無駄なく効率よくするために、ルネサスのICとパワーデバイスが協調しあいながら実現します。

【ノートPC用電池】省電力と残量の高精度管理が重要です。バッテリ内の半導体自身が電池を消費しないことが必要で、マイコンに内蔵しにくい抵抗小さなMOS-FETとΔΣA/Dコンバータを外付けすることで高精度な管理を実現しています。

【PC/サーバ】高効率、省電力、小型化が重要な技術です。特にPOL-SiPやDrMOSにより、高調波歪を低減し、高安定で発熱の少ない高効率な電源が実現できます。

環境からのニーズとルネサスの要素技術

省エネルギー、省資源、環境への影響、安全性の観点から、環境からのニーズとルネサスの要素技術をまとめたのが下図です

【省エネルギー】高効率回路技術や低オン抵抗スイッチング素子により、低発熱を実現します。

【省資源】MOS内蔵SiPや小型パッケージにより小型、薄型化を、高精度残量検出用A/Dにより長時間動作を、また、インタリーブPFC技術により周辺部品の小型化への対応をそれぞれ実現します。

【環境への影響】インタリーブPFC技術により高調波規制への対応をそれぞれ実現します。

ナノパワーと精度でしのぎを削る電池制御技術

ノートPC用バッテリには主にリチウムイオン電池が使われていますが、リチウムイオン電池は、活性化に極めて爆発的に反応し、1セルの電圧が4.2Vを超えると発火し、また2Vを切ると電極の溶融が始まり使えなくなるため、常に活性化された2V～4.2Vの間で電力をキープしなければなりません。
そのため、リチウムイオン電池は常に安全性が問われています。

SBSは、SBS-IF（Smart Battery System Implementation Forum）により提唱されたノートPC向けバッテリの仕様です。
バッテリが自己の状態 (電池種類、満充電容量、残容量、充放電回数、電池電圧、充放電電流、など)を管理して、PCの問合せに応答するインテリジェントバッテリを構成します。
MCUとAFE*とが協力し、安全制御と残量計算を実現します。

アプリケーション例　ノートPC用バッテリ

マイコンで安全制御と残量の計算機能を実現しています。

ノートPC用バッテリには通常リチウムイオン電池セルが2～4個搭載されています。ルネサスは専用マイコンとAFEで常時電池の充電放電と残量をきめ細かく管理しています。専用マイコンとAFE はSiPパッケージで提供いたしますので、製品の小型化に貢献致します。
バッテリとノートPC本体はSMBusで結ばれています。

SBSマイコンの変遷を下記の表に示します。
電流検出について、現在2010年は16bit ΔΣA/D コンバータですが、次世代ではさらに高精度に管理するために、18bit ΔΣA/D コンバータを搭載予定です。

効率と小型化を追求したエコな一次電源技術

アプリケーション例　インバータエアコン室外機

室外機の電源部にルネサスのPFCとIGBTを採用することで、高速スイッチングによるきれいな電力を供給します。コンプレッサの3相モータを6個のIGBTで駆動し、これをマイコンでコントロールしています。

効率とハイパワーを極めたDr-MOSとPOL-SiP

アプリケーション例　PC/サーバ用ボルテージレギュレータ

3.3Ｖマイコンにより4つのパワー素子Ｒ2Ｊ20702ＮＰを順に直接制御可能で、4層の電力を作り出すことができるシステムです。
ルネサスのAll in One パワーSIPは、P-ch MOS、N-ch MOS,コントローラが1つのパッケージに入っているSIPで、数十Aをサポートしています。

4つのパワー素子の出力を合算して、80A～100Aの大きな電力を作り出すサーバ分散電源を構成できます。

低損失：小さく薄いパッケージが求められるので、コントローラを内蔵した集積化が今後の課題となります。