近年来,汽车的电子化进程突飞猛进。就从驾驶舱来看,十年前的汽车,机械式仪表、外加按钮式的空调面板还到处可见,而如今全液晶仪表盘以及大尺寸的中控娱乐显示屏却几乎成了标配,高级一点的车可能还会配套抬头显示系统、电子后视镜以及一系列的 ADAS 系统。


汽车上面的耗电设备越来越多,但是传统的燃油车发电机和电池能够提供的电量却没有什么变化,这就衍生出了新要求——电子系统都必须足够低功耗,而系统低功耗的前提就是芯片必须低功耗,包括电源 IC。


什么是电源 IC,电源 IC 起什么作用?


所谓的电源 IC 就是指开关电源的脉宽控制集成,电源靠它来调整输出电压电流的稳定。


 
图 | 汽车电源系统示意图


传统的燃油车上一般有两个电源,分别是发电机和电池,它们的电压范围一般是 10-16V 左右,但汽车上的电子设备中有非常多的芯片,包括我们熟知的 MCU、电机驱动、车灯驱动等,这些芯片的工作电压不一,比 5V、3.3V、2.5V、1.35V 等。这个时候,我们就需要将发电机或电池输出的电压经过一次、二次,甚至三次以上的转换,分别给这些芯片供电,由于都是直流转换,因此我们通常称其为一次级 DC/DC 转换、二次级 DC/DC 转换……这些负责电源转换的芯片就属于电源 IC 的一种。今天我们先来聊一聊这个一次级 DC/DC 转换器到底有什么讲究。


车载一次级 DC/DC 转换器中隐藏着哪些难点?如何克服?


 
图 | 发动引擎前后电池电压波动示意图


其实乘用车电池输出电压通常是 12V,但难免会有一些电压波动或毛刺出现,因此一次级的电源 IC 的耐压值往往需要做到 40V 左右。其次,当从输入电压低于输出设置电压的状态恢复到波动前的电压时,会发生输出电压过冲问题,导致后面连接负载的芯片过压损坏,影响设备的稳定工作,这是一直以来存在的一个课题。还有一点,传统的电源 IC,经常会为了确保高速响应性能,提高其驱动电流,于是在轻负载时就很难同时兼顾高速响应和高效率这两个特性,导致汽车引擎停止时功耗上升的问题。


 
图 | BD9P 系列性能示意图


那如何解决这些难题呢?半导体厂商——罗姆(ROHM)给出了不错的答案——BD9P 系列,兼具高速响应和高效率优势,支持汽车电子产品可靠性标准 AEC-Q100,还有助于进一步降低应用产品的功耗。下面给大家作进一步的特性解读。


1.    即使电池电压波动时也不会过冲,可稳定工作


BD9P 系列芯片能够将该过程抑制在 1/10 以内,故不再需要普通产品作为过冲对策需要添加的输出电容器。因此,即使在起动时发生电池电压突发波动的情况下,设备也可以稳定工作。


 
图 | BD9P 系列芯片与普通芯片过冲反应对比示意图


2.    在更宽的负载电流范围实现高效率,有助于进一步降低应用产品的功耗


BD9P 系列芯片搭载了采用新型控制方式的电路,用低于普通产品的驱动电流即可充分实现高速响应。这不仅使高负载时的转换效率高达 92%(输出电流 1A 时),而且使轻负载时的转换效率也达到 85%(1mA 时)。从轻负载到高负载均实现了非常出色的高效率,因此无论是引擎停止时还是行驶时,都非常有助于降低应用产品的功耗。


 图 | BD9P 系列芯片与普通芯片功率转换效率比较示意图


3.    采用 Nano Pulse ControlTM 技术,实现高降压比和稳定工作


 
图 | BD9P 系列芯片降噪对策示意图


BD9P 系列芯片采用 ROHM 自有的超高速脉冲控制技术“Nano Pulse ControlTM”,始终在不干扰 AM 广播频段(1.84MHz Max.)的2.2MHz工作,对于最大 40V 的高电压输入,还实现了由后段元器件驱动的 3.3V~5.0V 级稳定输出。此外,还内置展频功能,可降低噪声峰值,因此非常适用于对辐射噪声要求尤为严格的车载应用。


4. 提供有助于减少配套产品开发工时的工具


 
图 | 参考设计板 PCBA 示意图


ROHM 对外公布了参考设计(包括设计数据、仿真模型和 PCB 库)和“ROHM Solution Simulator”,有助于工程师们减少在电路设计、电路板设计、降噪设计、热设计、仿真等各设计阶段的设计工时。