Toshiba entwickelt Multiple-Output-DC/DC-Wandler mit hohem Wirkungsgrad über weiten Lastbereich für IoT-Anwendungen

09/11/2016 - 20:50 von Business Wire
Toshiba entwickelt Multiple-Output-DC/DC-Wandler mit hohem Wirkungsgrad über weiten Lastbereich für IoT-Anwendungen
Toshiba entwickelt Multiple-Output-DC/DC-Wandler mit hohem Wirkungsgrad über weiten Lastbereich für IoT-Anwendungen

Die Toshiba Corporation (TOKYO:6502) hat heute die Entwicklung eines chipbasierten SIMO (Single-Inductor-Multiple-Output )-DC-DC-Wandlers für IoT-Systeme bekannt gegeben, der über Lithium-Ionen-Knopfzellenbatterien mit Strom versorgt wird. Der neue Wandler erreicht über weite Lastbereiche von 1 μW bis 50 mW einen Wirkungsgrad von 65 bis 86 Prozent, mehr als hundertmal weiter als der Lastbereich konventioneller SIMO-DC-DC-Konverter, und er sorgt für eine verlängerte Batterielebensdauer von IoT-Systemen. Diese Innovation wurde am 9. November auf der IEEE Asian Solid-State Circuits Conference (A-SSCC) 2016 im japanischen Toyama vorgestellt.

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Fig. 1: DC-DC conversion efficiency vs. output power (Graphic: Business Wire)

Fig. 1: DC-DC conversion efficiency vs. output power (Graphic: Business Wire)

ICs, deren Stromversorgung von Lithium-Ionen-Knopfzellenbatterien mit geringer Kapazität abhängt, werden immer häufiger für verschiedenste IoT-Anwendungen eingesetzt und müssen in jedem Schaltkreis Energie einsparen. Dies wird durch den Betrieb bei minimaler Betriebsspannung möglich. Um mehrere Spannungen zu ermöglichen, waren in einem konventionellen DC-DC-Wandler mehrere externe Induktoren erforderlich. Ein SIMO-DC-DC-Wandler jedoch benötigt nur einen externen Induktor. Dieser Vorteil im Hinblick auf geringere Systemkosten und -volumina war ausschlaggebend für die Erforschung und Entwicklung von SIMO-DC-DC-Wandlern.

Da ein IoT-System die meiste Zeit im Standby-Modus verbringt (in dem der Energieverbrauch bei unter 1 mW liegt) und nur einen geringen Teil im aktiven Modus (in dem der Energieverbrauch bei einigen zehn mW liegt), muss ein SIMO-DC-DC-Wandler einen weiten Lastbereich mit hohem Wandlerwirkungsgrad abdecken. Konventionelle SIMO-DC-DC-Wandler eigneten sich jedoch nicht für IoT-Anwendungen und waren nicht in der Lage, einen weiten Lastbereich mit einem praktischem Wirkungsgrad zu unterstützen.

Toshiba hat den Wirkungsgrad der SIMO-DC-DC-Wandler im Leichtlastbereich verbessert. Der hochempfindliche Komparator des herkömmlichen Steuerschaltkreises wurde durch einen neuen Steuerschaltkreis ersetzt. Dieser besteht ausschließlich aus logischen Gattern1 und verringert so seinen Energieverbrauch. Darüber hinaus wurde die Schaltfrequenz von Schaltern, die Strom auf Ausgabekanäle verteilen, durch einen neuen Betriebsmodus verringert. Infolgedessen erreicht Toshibas neuer SIMO-DC-DC-Wandler einen Wirkungsgrad von über 80 Prozent, wenn die Lastversorgung über 5 μW liegt und über 65 Prozent, wenn die Lastversorgung bei 1 μW liegt.

Toshiba hat außerdem den Wirkungsgrad im Lastbereich von einigen zehn mW verbessert. Die herkömmliche analoge Steuerung erforderte eine relativ lange Wartezeit bis zur Kanalumschaltung. So sollten Interferenzen zwischen den Ausgabekanälen eines SIMO-DC-DC-Wandlers vermieden werden. Gleichzeitig führte dies in diesem Lastbereich aber auch zu einem verringerten Wirkungsgrad. Der neue SIMO-DC-DC-Wandler nutzt zur Minimierung der Wartezeit eine digitale Feedbacksteuerung.

Die oben dargestellte Architektur unterstützt Toshibas SIMO-DC-DC-Wandler dabei, einen praktischen Wirkungsgrad von 65 bis 86 Prozent zu erreichen, im weiten Lastbereich von 1 μW bis 50 mW (Abb. 1). Der Lastbereich, in dem der Wandlerwirkungsgrad 60 Prozent überschreitet, ist mehr als einhundertmal weiter als der konventioneller SIMO-DC-DC-Wandler. Die neuen SIMO-DC-DC-Wandler sorgen weiterhin für eine Verlängerung der Batterielebensdauer von IoT-Geräten, die von Lithium-Ionen-Knopfzellenbatterien mit Strom versorgt werden.

Toshiba plant für die Zukunft den Einsatz des SIMO-DC-DC-Wandlers in energiesparenden ICs für IoT-Systeme, einschließlich Bluetooth® Low Energy.

1 Ein Schaltkreis, der eine logische Operation durchführt.
*Die Bluetooth®-Wortmarke und -Logos sind eingetragene Handelsmarken von Bluetooth SIG, Inc.

Über die Toshiba Corporation:

Die Toshiba Corporation, ein Unternehmen der Fortune Global 500, lässt ihre Weltklasse-Kompetenzen im Bereich hoch entwickelter elektronischer und elektrischer Produkte und Systeme in drei Schwerpunkt-Geschäftsbereiche einfließen: Energie, die das tägliche Leben möglich macht, die sauberer und sicherer ist, Infrastruktur, die für Lebensqualität sorgt, und Speicherplatz, der die fortschrittliche Informationsgesellschaft möglich macht. Geleitet durch die Prinzipien des grundlegenden Bekenntnisses der Toshiba-Gruppe „Unseren Mitarbeitern und der Zukunft verpflichtet” fördert Toshiba globale Operationen und trägt zur Verwirklichung einer Welt bei, in der kommende Generationen bessere Leben führen können.
Die heutige Firma Toshiba, die 1875 in Tokio gegründet wurde, bildet das Herzstück eines globalen Netzwerks von 550 konsolidierten Unternehmen, die weltweit 188.000 Mitarbeiter beschäftigen und auf einen Jahresumsatz blicken, der 5,6 Billionen Yen (50 Milliarden US-Dollar) übersteigt. (Stand 31. März 2016)
Weitere Informationen zu Toshiba finden Sie unter www.toshiba.co.jp/index.htm.

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Source(s) : Toshiba Corporation Storage & Electronic Devices Solutions Company