車用電源管理的挑戰如何破解?瑞薩、ADI等四大廠商方案支招

車用電源管理的挑戰如何破解？瑞薩、ADI等四大廠商方案支招

章鷹 發表於 2019-02-15 00:11:00

本站原創，作者：章鷹，電子發燒友執行副主編。

電源設計技術的主要驅動因素是價格和功率，但近些年來，滿足強制性效率及安全法規已成為最主要的因素。尤其是在智能網聯汽車和新能源汽車領域，這是重點之一。ADI公司電源系統工程總監梁再信指出，電源設計面對越來越多的挑戰，特別是效率的提升，EMI和佔板面積。對系統的設計與優化都提出了很多挑戰。

電子設備在汽車上的諸多應用，造成車用電源管理與供電系統變得更為先進與複雜，使得電源管理的問題便成為汽車設計端的最大挑戰。瑞薩、ADI、PI和Dialog公司推出了專門針對汽車BMS系統、混合動力系統、整車控制器系統、車載信息娛樂系統使用的電源驅動IC，小編為大家梳理。

瑞薩：100V半橋驅動器為12V - 48V汽車混合動力系統的雙向電源控制器MOSFET提供安全驅動

2016年9月，瑞薩花費32億美元收購美國晶片製造商intersil，加強在模擬、電源領域的布局，以配合瑞薩電子最強大的MCU、Soc等處理器產品線。這宗交易使瑞薩進入規模達100億美元的電力管理晶片市場。Intersil一直在研究如何延長電動車用電池壽命等使用效率問題。

瑞薩電子株式會社高級副總裁、瑞薩電子中國董事長真岡朋光介紹說，目前瑞薩電子主要產品包括微控制器（MCU）、片上系統（SoC）、模擬及功率器件等，廣泛應用到汽車、工業、家電、辦公自動化、AI、信息通訊等領域，全球銷售額約為7800億日元，全球員工約2萬人。

2018年11月7日，瑞薩宣布推出全新汽車應用級的 100V、4A 半橋N-MOSFET系列驅動器--- ISL784x4。ISL784x4 系列驅動器包括三個型號： ISL78424 、 ISL78444（三態電平PWM 輸入，高邊和低邊驅動輸出）和 ISL78434（高邊和低邊驅動獨立輸入和輸出）。

瑞薩電子株式會社汽車系統項目管理部副總裁大道昭表示：「我們新推出的 ISL784x4 系列半橋驅動器是首個將柵極電壓檢測的自適應死區時間控制與獨立的源電流和灌電流驅動控制相結合的驅動器產品。高度集成的 ISL78424、ISL78434 和 ISL78444 在同類產品中擁有多項最佳的特性，性能優於競爭對手的半橋驅動器，同時為我們的客戶提供了最佳的性能和易用性。」

ISL78424、ISL78434 和 ISL78444 的主要特性

●    3A 源電流 / 4A 灌電流驅動輸出

●    三態電平 PWM 輸入（ISL78424 和 ISL78444）

●    獨立 HI/LI 驅動輸入 ( ISL78434 )

●    獨立源電流和灌電流驅動輸出（ISL78424和ISL78434）

●    8V 至 18V 的寬電源電壓範圍

●    集成的 3Ω 自舉 FET 開關，無需外部肖特基二極體

●    單電阻控制調節自適應死區時間

●    符合AEC-Q100 1級標準，- 40°C至 + 140°C運行溫度範圍

瑞薩電子通過 AEC-Q100 認證的 100V 半橋驅動器能夠安全驅動 MOSFET，適用於 12V 至 48V 汽車混合動力系統中的雙向控制器。先進的 ISL784x4 MOSFET 驅動器系列支持高電流 DC/DC 轉換，提供可調死區時間和最大化效率。ISL784x4 驅動器還非常適用於 12V 至 24V 雙向 DC/DC 轉換器，以及其他高電流降壓或升壓應用。

ISL784x4 驅動器通過提供獨立的源電流和灌電流驅動引腳，簡化了大電流 MOSFET 的驅動。籍此，設計人員可以輕鬆使用外部驅動電阻調節 DC/DC 轉換器開關節點電壓的上升和下降速率，從而降低電磁幹擾 ( EMI )。ISL784x4 還提供自適應死區時間控制，以確保準確的先關後開的開關操作， 防止在兩個 DC/DC 轉換器開關同時開通時可能發生的直通電流。 此外，ISL78424 和 ISL78434 的自適應死區時間控制功能可以在 MOSFET 的柵極檢測電壓， 消除了由於驅動電阻上壓降造成的潛在驅動電壓檢測誤差。

ISL784x4 系列驅動器非常適合大電流 DC/DC 電源轉換器應用，例如用於 48V 輕混合動力車輛的 12 - 48V 電源轉換器。它們通過提供具有 3A 峰值源電流和 4A 峰值灌電流的強大驅動能力來提高效率。強大的柵極驅動能力使它們能夠快速開關具有大柵極電容的大電流 MOSFET，從而降低開關損耗。半橋 MOSFET 驅動器的自適應死區時間控制可最大限度地減少多餘的死區時間，從而降低傳導損耗並進一步提高 DC/DC 電源的轉換效率。此外，ISL784x4 系列驅動器提供的額定電壓適用於 48V 汽車系統，對於這種系統，開關節點可承受 70V 直流電壓，並在不頻繁的情況下承受高達 86V 的瞬態電壓。同樣，高邊驅動器的自舉節點可以承受 86V 直流電壓和高達 100V 的瞬態電壓。

ADI：第四代鋰電池主監控IC產品LTC6811

汽車產業，更加重視EMI問題和功能安全性問題，對於器件的品質和可靠性都非常關注，這其實也是ADI長期以來非常重視的。特別是ADI電源相關產品，對大部分參數均承諾全溫度範圍內參數一致性，為客戶提升產品可靠性和穩定性奠定了堅實基礎。

動力電池因為高能量密度特性成為新能源車輛的主要動力源，佔整車成本比重較高，在純電動汽車中高達40%，是新能源汽車「三電」核心關鍵技術之一。BMS（電池管理系統）技術通過對動力電池的熱管理，啟停電池冷卻系統，管理單體電池之間的均衡，防止單體電池過充過放產生危險，並監測整體電池的健康狀態，從而提高電池組效率、延長壽命並確保安全性，已成為新能源汽車提升續航裡程、降低整車成本的重要設計考慮點。

由於鋰電池在混合動力汽車和純電動汽車領域的出色電能和功率特性，汽車行業目前普遍選用鋰電池解決方案。動力鋰離子電池組包含大量的電池單元，工作電壓和電流很高，必須正確監控且對強弱電信號進行隔離，才能提高電池效率、延長電池壽命，同時確保電池組的安全性。

圖：ADI針對汽車能量管理的完整解決方案。

ADI第四代鋰電池主監控IC產品LTC6811，能夠對12個通道的電壓和溫度進行監測(未來產品提供更靈活的通道數)，極限精度優於1.2 mV；可採用菊花鏈連接；提供業界最快的轉換速度和最佳數據保護；可在290μs內檢測12個通道的數據；並提供被動式電池單元平衡控制功能。而專為汽車應用優化的數字隔離器iCoupler，具有高速率下最低功耗性能的同時，還具有封裝尺寸小、通道選項多的優勢，所需組件量和佔用電路板面積都最小。isoPower是 ADI 獨特的集成電源數字隔離器解決方案，它提供隔離電源和多通道數字隔離功能；與分立式DC至DC隔離器加數字隔離器的方案相比，isoPower的成本更低、佔用面積更小。

基於LTC6811產品、iCoupler和isoPower技術的ADI最新一代鋰電池BMS解決方案，具備高精度監控功能，在苛刻的環境下能夠保持良好的性能，提供可靠、安全的電量管理，並能有效降低系統的整體成本。

PI：SCALE-iDriver系列門驅動器IC

效率是電動汽車至關重要的因素，Power Integrations大功率產品高級市場總監Michael Hornkamp表示：「隨著我們最新的1700 V SCALE-iDriver IC的推出，生產廠商可以使用相同的平臺為涵蓋400 VAC到690 VAC輸入電壓的所有應用開發電源，從而簡化設計過程。FluxLink技術可取代比較常用但存在問題隱患的光耦器件，SCALE技術有助於輕鬆、快速地完成緊湊、堅固且可靠的設計。」

PI多年來一直是牽引用IGBT和門極驅動器的領導者，在堅固耐用、高可靠性和高效率方面享有盛譽。我們在實際工作中，除了效率之外，對汽車安全可靠性工作放在首位。

用於隔離通信的光耦器是一個薄弱環節，因為它們存在眾所周知的老化機制。Power Integrations的SCALE-iDriver系列門極驅動器IC可同時為IGBT和MOSFET提供驅動，它們將FluxLink磁感雙向通信技術引入到1200 V和1700 V驅動器應用，可省去壽命相對較短的光電器件和相關補償電路，從而增強系統運行的可靠性，同時降低系統的複雜度。

該IC集成了中壓和高壓應用中常用的先進的系統安全和保護功能，進一步增強了產品可靠性。此外，它們所採用的創新的eSOP封裝具有9.5 mm爬電距離，並且相對漏電起痕指數(CTI)為600，可確保實現更大的工作電壓裕量和更高的系統可靠性。

1700 V SCALE-iDriver IC在不使用外部推動級的情況下，可提供最大8 A的門極電流並支持110 kW以上的逆變器；在使用外部推動級的情況下，可提供最大30 A的門極電流並支持400 kW以上的逆變器。1700 V SCALE-iDriver IC適用於工業驅動、電源/UPS、所有尺寸的光伏逆變器、工業暖通空調(HVAC)、EV充電樁、牽引設備以及商用電動車。

Dialog：高度集成的汽車級PMIC

作為目前全球最大的智慧型手機電源管理IC供應商，Dialog佔據了全球20%的電源管理晶片市場。Dialog當前主要為蘋果產品供應PMIC模塊（電源管理集成電路）供應商， 主打充電和藍牙低功耗技術。在汽車車載電源管理領域，Dialog顯然也是有備而來。

圖：Dialog CEO Jalal Bagherli博士

在2018年第三季度業績報告會上，Dialog CEO Jalal Bagherli博士表示：「Apple在過去10年中取得的成功是對Dialog獨特技術的驗證，讓我們對未來的增長潛力充滿信心。Dialog還獲得了廣泛的新合同，包括PMIC的開發和供應使用; 音頻子系統; 跨多個下一代產品資產的充電和其他IC。新合同的收入預計將從2019年開始實現，並加速到2020年。」

正是看到這一明顯趨勢：移動技術與汽車持續融合，意味著車載信息娛樂系統正在快速演變為結合娛樂、3D導航和駕駛員安全信息的平臺，並融合環視攝像頭處理技術。

為了滿足當今汽車製造商和系統供應商對聯網汽車電源管理的嚴苛要求，Dialog公司提供一系列複合汽車行業嚴格質量和可靠性要求的汽車級系統PMIC和子PMIC。

Dialog高度集成的汽車級PMIC具有強大的內置可配置引擎。Dialog對系統PMIC和子PMIC的獨特分區技術提供了可擴展性和靈活性的優勢，同時能在惡劣的溫度環境中分配功率消耗。這為系統設計人員提供了信心，通過解決電源排序、散熱和系統控制挑戰，在添加新外設時可以定製參考設計。從而獲得安全、可靠、高度優化、並且實現差異化的電源設計。

所有Dialog汽車級電源管理產品均通過AEC-Q100認證。Dialog獨特的系統PMIC和子PMIC可以擴展電源以匹配處理器需求。內置的可配置特性有助於最大限度提高軟體重複利用率、縮短驗證周期、並幫助客戶優化系統BOM，而且可以應用於多種不同級別的終端產品。
 

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