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双芯变单芯,罗姆电源IC的“一小步”是48V车载电源发展的一大步

时间:2017-09-07 来源:21ic 作者:may

这件事,我们要从汽车的电池说起。

众所周知,传统汽车所用的电池都是12V的铅电池。然而近年来,我们看到越来越多的汽车采用12V的铅电池之外,另外还搭载48V锂电池,采用双电池系统。为什么要增加48V的电池?

按照以往,12V电池向所有电气系统供电,引擎负担很大。而现在“12V+48V”电池的汽车,12V电池负载电流小的系统,比如音响、仪表等;48V则负载电流大的系统,如空调、车灯等,可以起到双管齐下的效果,效率有了明显的提升!这种“双电池系统”的汽车发展迅猛,数据表明,预计到2024年采用48V电池的电动车生产台数要达到710万台/每年。

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图:48V电池的电动车生产数据

双电池系统既然那么好,那为什么以往汽车用的一直都是12V电池?这是因为使用48V的电源有个很大的技术难题。从电源上看,12V铅电池车,用12V电源直接转化到3.3V或者5V,去给一些电子的控制单元去供电。而48V电源的电池车,输入电压有了大幅的提升,但要达到和原先相同的3.3V或者5V的输出电压,以给电子控制单元进行供电,对于整个电源设计来说,这么大跨度的电压转换对电源IC的要求非常高。 

从更高的输入电压生成更低的输出电压,要求电源IC能够满足高耐压、高频率两个要求,实现这两点的技术关键点在于脉冲的宽度。为什么提高输入电压,它的脉冲宽度要缩窄?这是因为要在保持输出电压不变的情况下,提高输入电压,它的脉冲宽度必定要缩窄,否则无法维持输出电压不变的。另外在整个DC/DC的回路里面,导线上有一定的寄生电感,在开关的时候它会产生一个反电动式,引起振荡,所以电流监控,是会有一定的延迟时间再去进行采样。另外,从线圈电流反馈到IC内部,也需要一定的时间,所以会有一个电路的延迟。为了确保短路等等异常情况下,仍然能够保证芯片工作的安全性,所以要解决这样的问题,即使脉冲宽度非常窄,也要建立一个电流模式控制,以此来保证输出电压能够稳定,不受任何因素的影响。

基于此,罗姆研究出了窄脉宽控制技术,该技术凝聚了罗姆的电路设计、布局、工艺三大尖端技术。使用窄脉宽控制技术不仅能够节省空间,还实现了单芯片化。在同样的输入电压和输出电压的条件下,由原先必须使用两级的DC/DC去设计,而变为只需要一颗芯片就可以完成。

2017年8月29日在北京的媒体发布会上,罗姆就给我们介绍了基于脉宽控制技术开发的电源IC“BD9V100MUF-C”。对于48V电池系统有两个要求,一是系统的简化,高降压比;二是开关频率保持2MHz以上进行工作。基于这两点,它所需要的脉冲的宽度至少需要20ns实现。“BD9V100MUF-C”就基于这样一个窄脉宽控制技术,实现了单芯片化。ROHM半导体(上海)有限公司设计中心高级工程师陈乃文跟21ic记者进一步介绍到:“所谓的单芯片也就是原先60V-2.5V的电压转换必须使用2级DCDC去实现,首先从60V转到12V,再从12V转到2.5V。但是使用这款芯片,单颗芯片就可以完成60V到2.5V这样大幅度电压的转换。有助于简化整个电源系统的设计,也使得整体设计面积有很大程度的降低。由于高频率,外围使用的电感也可以变得更小型,整个PCB的面积降低有70%之多。”

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图:普通产品结构和罗姆新产品结构对比

 

此外,该款芯片工作的性能表现优异。首先,在开关2.1MHz的条件下,可以实现将输入电压60V直接转化为输出电压2.5V,降压比达到24比1,这是业界第一家厂商能够实现这样的转换。其次它工作在2MHz的情况下,输入电压在16V-60V之间变化的时候,仍然可以保证输出电压2.5V恒定,而不受AM频段的一些干扰。另外,芯片也内置了一些保护的功能。此款芯片也采用了焊料润湿性非常优异的一个QFN4×4的封装,它使得贴装的良率有所提高。

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图:ROHM Co., Ltd. 电源解决方案LSI产品开部 电源技术开发课 工程师 福本洋祐

据介绍,这款“BD9V100MUF-C”目前可以提供样品,计划在今年年底会开始量产,预计今年也会推出面向工业设备市场的一些产品。目前已经有几家汽车厂商采用罗姆的这款电源IC产品了!未来罗姆有何发展方向?ROHM Co., Ltd. 电源解决方案LSI产品开部电源技术开发课工程师福本洋祐说到:“目前这款电源IC的转化效率在60%-70%左右,未来方向有两个,一个提高它的转化效率,另外一个现在12V的电源基本上现在市场上用的是两段式。罗姆接下来的目标是能够实现直接从12V降到1V。”

从双芯到单芯,罗姆这款电源IC做到了,我们期待未来这款电源IC在48V车载电源系统上的大作为!

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