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隨著環(huán)境不斷惡化，尤其是大城市情況更加嚴(yán)峻，交通部門對(duì)汽車的節(jié)能環(huán)保提出更嚴(yán)格的要求。一般汽車所搭載的電源系統(tǒng)是 12V 鉛電池系統(tǒng)，用來為汽車的所有電氣系統(tǒng)供電，但是所產(chǎn)生的問題是引擎負(fù)擔(dān)較重。為了緩解電源系統(tǒng)的供電負(fù)擔(dān)，市面上又出現(xiàn)了 48V 雙電源系統(tǒng)，包含 12V 電源和 48V 電源，其中 12V 電源對(duì)負(fù)載電流小的系統(tǒng)，比如音響、儀表、雨刷等供電，48V 電源對(duì)負(fù)載電流比較大的設(shè)備，如：空調(diào)、車燈、風(fēng)扇等電氣系統(tǒng)供電。對(duì)比之下，48V 電源系統(tǒng)燃油經(jīng)濟(jì)性改善效果更好。
當(dāng)汽車采用 12V 電源系統(tǒng)進(jìn)行供電時(shí)，系統(tǒng)可以將 12V 輕松轉(zhuǎn)化為 3.3v 或 5v，而 48V 電源系統(tǒng)的輸入電壓一下子提高到了 48V，整個(gè)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)也要相應(yīng)的發(fā)生改變。從 48V 輸入電壓直接降到 3.3v 或 5v 的輸出電壓，對(duì)電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司設(shè)計(jì)中心高級(jí)工程師陳乃文
高速窄脈沖技術(shù)：突破高耐壓和高頻率的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)
在電源系統(tǒng)中，當(dāng)工作頻率升高，電子元器件的寄生電容所產(chǎn)生的影響也會(huì)增大，噪聲干擾成份也隨之增加。目前，在車載以及工業(yè)設(shè)備市場，要實(shí)現(xiàn)輸出電壓 3.3v，頻率 2MHz，輸入電壓需要達(dá)到 60v，目前市面上的芯片無法滿足這一要求；從脈沖的寬度來看，輸入電壓提高，脈沖寬度就要縮窄，在頻率為 2MHz 時(shí)，既要滿足輸入電壓達(dá)到 60v，又要保證輸出電壓為 3.3v，脈沖寬度就要控制在 20ns 內(nèi)，目前市面上的芯片也無法滿足這一需求。
如何實(shí)現(xiàn)從更高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為更低的輸出電壓？這對(duì)電源 IC 的設(shè)計(jì)有兩個(gè)要求：一是高耐壓，二是高頻率，解決這兩個(gè)技術(shù)難題的關(guān)鍵技術(shù)是脈沖寬度控制。對(duì)于高耐壓，電壓升高要求元器件的耐壓能力更高；抗噪聲干擾成份增加，脈沖寬度會(huì)大幅度縮減，因此要實(shí)現(xiàn)高耐壓就要實(shí)現(xiàn)窄脈沖控制。對(duì)于高頻率，輸入電源的頻率升高，元器件的寄生電容產(chǎn)生的影響也會(huì)增大，噪聲干擾成份也會(huì)增加，所以要解決高頻化的難題也要先解決窄脈沖控制問題。
聚集電路設(shè)計(jì)、布局和工藝三大尖端技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單芯片降壓
提高輸入電壓，脈沖寬度必定要縮窄，否則就無法維持輸出電壓不變。為了確保在短路等異常情況下，芯片仍然能夠安全工作，羅姆采用窄脈沖控制技術(shù)，在脈沖寬度非常窄的情況下，建立一個(gè)電流模式控制，從而保證輸出電壓能夠穩(wěn)定，且不受任何因素的影響。羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司設(shè)計(jì)中心高級(jí)工程師陳乃文解釋，“羅姆充分利用電路設(shè)計(jì)、布局、工藝三大尖端技術(shù)，開發(fā)出超高速脈沖控制技術(shù)“Nano Pulse Control”，在以往很難實(shí)現(xiàn)的短開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，仍然可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓控制。窄脈寬控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是，第一可以節(jié)省空間，第二實(shí)現(xiàn)了電源系統(tǒng)的單芯片化。非常有助于輕度混合動(dòng)力汽車、工業(yè)機(jī)器人、基站的輔助電源等用 48V 電源系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用的小型化和系統(tǒng)的簡化。”
在同樣的輸入電壓和輸出電壓的條件下，原來必須使用兩級(jí)的 DC/DC 實(shí)現(xiàn)降壓，目前采用 Nano Pulse Control 的電源 IC“BD9V100MUF-C”，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間 9ns，只需要一顆芯片就可以實(shí)現(xiàn)從 60V 到 2.5V 范圍內(nèi)的降壓，降壓比例高達(dá) 24:1。
BD9V100MUF-C 和同類產(chǎn)品做對(duì)比
對(duì)比結(jié)果：在輸入電壓加大的情況下，BD9V100MUF-C 保持脈寬不變
在節(jié)能環(huán)保的驅(qū)動(dòng)下，從 2009 年開始，在德國汽車業(yè)內(nèi)就開始進(jìn)行 48V 電源系統(tǒng)的開發(fā)，到 2013 年末，大眾、奧迪、寶馬等 5 家汽車制造商，聯(lián)合制定并且推出 48V 系統(tǒng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) LV148。目前在奧迪 A8 上已經(jīng)采用 48V 輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)配置。今年，戴姆勒 S 級(jí)的車型決定搭載博士的 48V 驅(qū)動(dòng)。另外，在雷諾風(fēng)景還有奧迪 SQ7 中都采用了這樣的電源結(jié)構(gòu)。羅姆半導(dǎo)體 LSI 商品開發(fā)本部電源解決方案 LSI 產(chǎn)品開發(fā)部電源技術(shù)開發(fā)課 1 組工程師福本洋佑表示，“雖然市面上搭載 12V 電源系統(tǒng)的汽車占 80%左右，搭載 48V 電源系統(tǒng)的汽車只占 20%左右。我們預(yù)測到 2025 年，這個(gè)比例會(huì)變成 12V 電源系統(tǒng)占 70%，48V 電源系統(tǒng)占 30%?！?/p>
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