解密 | 車載一次級DC/DC轉(zhuǎn)換器中藏了哪些講究？

近年來，汽車的電子化進程突飛猛進。就從駕駛艙來看，十年前的汽車，機械式儀表、外加按鈕式的空調(diào)面板還到處可見，而如今全液晶儀表盤以及大尺寸的中控娛樂顯示屏卻幾乎成了標(biāo)配，高級一點的車可能還會配套抬頭顯示系統(tǒng)、電子后視鏡以及一系列的 ADAS 系統(tǒng)。

汽車上面的耗電設(shè)備越來越多，但是傳統(tǒng)的燃油車發(fā)電機和電池能夠提供的電量卻沒有什么變化，這就衍生出了新要求——電子系統(tǒng)都必須足夠低功耗，而系統(tǒng)低功耗的前提就是芯片必須低功耗，包括電源 IC。

什么是電源 IC，電源 IC 起什么作用？

所謂的電源 IC 就是指開關(guān)電源的脈寬控制集成，電源靠它來調(diào)整輸出電壓電流的穩(wěn)定。

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圖 | 汽車電源系統(tǒng)示意圖

傳統(tǒng)的燃油車上一般有兩個電源，分別是發(fā)電機和電池，它們的電壓范圍一般是 10-16V 左右，但汽車上的電子設(shè)備中有非常多的芯片，包括我們熟知的 MCU、電機驅(qū)動、車燈驅(qū)動等，這些芯片的工作電壓不一，比 5V、3.3V、2.5V、1.35V 等。這個時候，我們就需要將發(fā)電機或電池輸出的電壓經(jīng)過一次、二次，甚至三次以上的轉(zhuǎn)換，分別給這些芯片供電，由于都是直流轉(zhuǎn)換，因此我們通常稱其為一次級 DC/DC 轉(zhuǎn)換、二次級 DC/DC 轉(zhuǎn)換……這些負(fù)責(zé)電源轉(zhuǎn)換的芯片就屬于電源 IC 的一種。今天我們先來聊一聊這個一次級 DC/DC 轉(zhuǎn)換器到底有什么講究。

車載一次級 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中隱藏著哪些難點？如何克服？

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圖 | 發(fā)動引擎前后電池電壓波動示意圖

其實乘用車電池輸出電壓通常是 12V，但難免會有一些電壓波動或毛刺出現(xiàn)，因此一次級的電源 IC 的耐壓值往往需要做到 40V 左右。其次，當(dāng)從輸入電壓低于輸出設(shè)置電壓的狀態(tài)恢復(fù)到波動前的電壓時，會發(fā)生輸出電壓過沖問題，導(dǎo)致后面連接負(fù)載的芯片過壓損壞，影響設(shè)備的穩(wěn)定工作，這是一直以來存在的一個課題。還有一點，傳統(tǒng)的電源 IC，經(jīng)常會為了確保高速響應(yīng)性能，提高其驅(qū)動電流，于是在輕負(fù)載時就很難同時兼顧高速響應(yīng)和高效率這兩個特性，導(dǎo)致汽車引擎停止時功耗上升的問題。

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圖 | BD9P 系列性能示意圖

那如何解決這些難題呢？半導(dǎo)體廠商——羅姆（ROHM）給出了不錯的答案——BD9P 系列，兼具高速響應(yīng)和高效率優(yōu)勢，支持汽車電子產(chǎn)品可靠性標(biāo)準(zhǔn) AEC-Q100，還有助于進一步降低應(yīng)用產(chǎn)品的功耗。下面給大家作進一步的特性解讀。

1.?? ?即使電池電壓波動時也不會過沖，可穩(wěn)定工作

BD9P 系列芯片能夠?qū)⒃撨^程抑制在 1/10 以內(nèi)，故不再需要普通產(chǎn)品作為過沖對策需要添加的輸出電容器。因此，即使在起動時發(fā)生電池電壓突發(fā)波動的情況下，設(shè)備也可以穩(wěn)定工作。

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圖 | BD9P 系列芯片與普通芯片過沖反應(yīng)對比示意圖

2.?? ?在更寬的負(fù)載電流范圍實現(xiàn)高效率，有助于進一步降低應(yīng)用產(chǎn)品的功耗

BD9P 系列芯片搭載了采用新型控制方式的電路，用低于普通產(chǎn)品的驅(qū)動電流即可充分實現(xiàn)高速響應(yīng)。這不僅使高負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率高達 92％（輸出電流 1A 時），而且使輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率也達到 85％（1mA 時）。從輕負(fù)載到高負(fù)載均實現(xiàn)了非常出色的高效率，因此無論是引擎停止時還是行駛時，都非常有助于降低應(yīng)用產(chǎn)品的功耗。

?圖 | BD9P 系列芯片與普通芯片功率轉(zhuǎn)換效率比較示意圖

3.?? ?采用 Nano Pulse ControlTM 技術(shù)，實現(xiàn)高降壓比和穩(wěn)定工作

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圖 | BD9P 系列芯片降噪對策示意圖

BD9P 系列芯片采用 ROHM 自有的超高速脈沖控制技術(shù)“Nano Pulse ControlTM”，始終在不干擾 AM 廣播頻段（1.84MHz Max.）的2.2MHz工作，對于最大 40V 的高電壓輸入，還實現(xiàn)了由后段元器件驅(qū)動的 3.3V～5.0V 級穩(wěn)定輸出。此外，還內(nèi)置展頻功能，可降低噪聲峰值，因此非常適用于對輻射噪聲要求尤為嚴(yán)格的車載應(yīng)用。

4. 提供有助于減少配套產(chǎn)品開發(fā)工時的工具

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圖 | 參考設(shè)計板 PCBA 示意圖

ROHM 對外公布了參考設(shè)計（包括設(shè)計數(shù)據(jù)、仿真模型和 PCB 庫）和“ROHM Solution Simulator”，有助于工程師們減少在電路設(shè)計、電路板設(shè)計、降噪設(shè)計、熱設(shè)計、仿真等各設(shè)計階段的設(shè)計工時。