罗姆：采用Nano Pulse Control技术实现48V电源系统的单芯片降压

随着环境不断恶化，尤其是大城市情况更加严峻，交通部门对汽车的节能环保提出更严格的要求。一般汽车所搭载的电源系统是 12V 铅电池系统，用来为汽车的所有电气系统供电，但是所产生的问题是引擎负担较重。为了缓解电源系统的供电负担，市面上又出现了 48V 双电源系统，包含 12V 电源和 48V 电源，其中 12V 电源对负载电流小的系统，比如音响、仪表、雨刷等供电，48V 电源对负载电流比较大的设备，如：空调、车灯、风扇等电气系统供电。对比之下，48V 电源系统燃油经济性改善效果更好。

当汽车采用 12V 电源系统进行供电时，系统可以将 12V 轻松转化为 3.3v 或 5v，而 48V 电源系统的输入电压一下子提高到了 48V，整个电源系统设计也要相应的发生改变。从 48V 输入电压直接降到 3.3v 或 5v 的输出电压，对电压转换技术提出了严峻的挑战。

罗姆半导体（上海）有限公司设计中心高级工程师陈乃文

高速窄脉冲技术：突破高耐压和高频率的关键节点
在电源系统中，当工作频率升高，电子元器件的寄生电容所产生的影响也会增大，噪声干扰成份也随之增加。目前，在车载以及工业设备市场，要实现输出电压 3.3v，频率 2MHz，输入电压需要达到 60v，目前市面上的芯片无法满足这一要求；从脉冲的宽度来看，输入电压提高，脉冲宽度就要缩窄，在频率为 2MHz 时，既要满足输入电压达到 60v，又要保证输出电压为 3.3v，脉冲宽度就要控制在 20ns 内，目前市面上的芯片也无法满足这一需求。

如何实现从更高的输入电压转换为更低的输出电压？这对电源 IC 的设计有两个要求：一是高耐压，二是高频率，解决这两个技术难题的关键技术是脉冲宽度控制。对于高耐压，电压升高要求元器件的耐压能力更高；抗噪声干扰成份增加，脉冲宽度会大幅度缩减，因此要实现高耐压就要实现窄脉冲控制。对于高频率，输入电源的频率升高，元器件的寄生电容产生的影响也会增大，噪声干扰成份也会增加，所以要解决高频化的难题也要先解决窄脉冲控制问题。

聚集电路设计、布局和工艺三大尖端技术，实现单芯片降压
提高输入电压，脉冲宽度必定要缩窄，否则就无法维持输出电压不变。为了确保在短路等异常情况下，芯片仍然能够安全工作，罗姆采用窄脉冲控制技术，在脉冲宽度非常窄的情况下，建立一个电流模式控制，从而保证输出电压能够稳定，且不受任何因素的影响。罗姆半导体（上海）有限公司设计中心高级工程师陈乃文解释，“罗姆充分利用电路设计、布局、工艺三大尖端技术，开发出超高速脉冲控制技术“Nano Pulse Control”，在以往很难实现的短开关导通时间内，仍然可以实现稳定的电压控制。窄脉宽控制技术的优势是，第一可以节省空间，第二实现了电源系统的单芯片化。非常有助于轻度混合动力汽车、工业机器人、基站的辅助电源等用 48V 电源系统驱动的应用的小型化和系统的简化。”

在同样的输入电压和输出电压的条件下，原来必须使用两级的 DC/DC 实现降压，目前采用 Nano Pulse Control 的电源 IC“BD9V100MUF-C”，开关导通时间 9ns，只需要一颗芯片就可以实现从 60V 到 2.5V 范围内的降压，降压比例高达 24:1。

BD9V100MUF-C 和同类产品做对比

对比结果：在输入电压加大的情况下，BD9V100MUF-C 保持脉宽不变

在节能环保的驱动下，从 2009 年开始，在德国汽车业内就开始进行 48V 电源系统的开发，到 2013 年末，大众、奥迪、宝马等 5 家汽车制造商，联合制定并且推出 48V 系统的统一标准 LV148。目前在奥迪 A8 上已经采用 48V 轻度混合动力系统作为标准配置。今年，戴姆勒 S 级的车型决定搭载博士的 48V 驱动。另外，在雷诺风景还有奥迪 SQ7 中都采用了这样的电源结构。罗姆半导体 LSI 商品开发本部电源解决方案 LSI 产品开发部电源技术开发课 1 组工程师福本洋佑表示，“虽然市面上搭载 12V 电源系统的汽车占 80%左右，搭载 48V 电源系统的汽车只占 20%左右。我们预测到 2025 年，这个比例会变成 12V 电源系统占 70%，48V 电源系统占 30%。”

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