車載一次DC/DC轉換器如何兼具高速響應和高效率?

2020-12-03 電子工程專輯

近年來,汽車的電子化進程突飛猛進,但由於汽車的電池和發電機能夠提供的電力有限,因此對降低功耗的要求越來越高。另外,電池和發電機輸出的電壓存在較大波動,但負責控制供電的電源IC卻一直很難同時實現有助於穩定工作的高速響應和有助於節能的高功率轉換效率。為此,ROHM公司日前面向ADAS(高級駕駛輔助系統)相關的傳感器、攝像頭、雷達、汽車信息娛樂系統及儀錶盤等,開發出包括12款機型在內的車載一次(Primary)DC/DC轉換器「BD9P系列」產品。FFTEETC-電子工程專輯

ROHM自有電源技術「Nano Pulse Control」是新產品的亮點之一。根據羅姆半導體(上海)有限公司技術中心主管朱莎勤的介紹,這是一種在ROHM垂直統合型生產體制下,集合「電路設計」、「布局」、「工藝」三大先進的模擬技術而實現的超高速脈衝控制技術,使得以往必須由兩枚以上電源IC構成的從高電壓到低電壓的電壓轉換,現在僅由「一枚電源IC」即可實現,非常有助於燃油汽車和xEV所使用的12V級電源系統,以及輕度混合動力汽車、工業機器人及基站的輔助電源所使用的48V級電源系統所驅動的應用產品實現小型化和系統簡化。FFTEETC-電子工程專輯

降噪方面,「Nano Pulse Control」技術能夠始終在不幹擾AM廣播頻段(1.84MHz Max.)的2.2MHz工作,對於最大40V的高電壓輸入,還實現了由後段元器件驅動的3.3V~5.0V級穩定輸出。此外,還內置展頻功能,可降低噪聲峰值,因此非常適用於對輻射噪聲要求尤為嚴格的車載應用。FFTEETC-電子工程專輯

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當從輸入電壓低於輸出設置電壓的狀態恢復到波動前的電壓時,會發生輸出電壓過衝問題,這是一直以來存在的一個課題。而「BD9P系列」可在電池的輸入電壓波動時穩定工作,與普通產品相比,能夠將電壓波動時的輸出過衝抑制在1/10以內,因此不再需要添加以往作為過衝對策所必需的輸出電容器。因此,即使在起動時發生電池電壓突發波動的情況下,設備也可以穩定工作。FFTEETC-電子工程專輯

下圖模擬了汽車引擎發動時的電池電壓從16V-5V-16V的下降-恢復過程。可以看到,在這一過程中,藍色波形出現了過衝現象,很有可能會導致後端連接的負載晶片出現過壓損壞的問題;而對採用了新技術的紅色波形來說,輸出電壓保持穩定,並沒有出現過衝現象。FFTEETC-電子工程專輯

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另外,新產品通過採用新型控制方式,用低於普通產品的驅動電流即可充分實現高速響應,這不僅使高負載時的功率轉換效率高達92%(輸出電流1A時),而且使輕負載時的功率轉換效率也達到85%(1mA時),解決了高速響應和高效率優勢這對「矛盾體」,有助於進一步降低行駛時和引擎停止時的功耗。相比之下,採用以往技術的電源IC,為了確保高速響應性能,需要較大的驅動電流,在輕負載時很難同時兼顧高速響應和高效率。FFTEETC-電子工程專輯

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不僅如此,新產品與連接在它後段的二次DC/DC轉換器「BD9S系列」相結合,還可組成高效且高速的車載電源電路。通過靈活利用參考板、各種工具以及ROHM免費提供的在線仿真工具「ROHM Solution Simulator」,用戶還可以實施接近實際使用的仿真,並大大減少應用產品的設計負擔。FFTEETC-電子工程專輯

包括新產品「BD9P系列」在內的參考設計,涵蓋了ADAS/信息娛樂功能所需的電源系統,不僅已完成標準的電氣特性測試,還完成了EMC測試、熱測試等測試。此外,還公布了評估報告和各種工具,包括設計數據、所搭載產品的仿真模型、PCB CAD用的符號等。而且,通過使用參考板「REFRPT001-EVK-001」,還可以輕鬆進行實機確認。FFTEETC-電子工程專輯

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上圖就是ROHM最新推出的參考設計評估板,它上面搭載了一次電源、二次電源總共八顆IC,最中間的兩顆IC就是一次電源BD9P系列,上方輸出5V/1A,下方輸出3.3V/2A,可採用SOP/QFN封裝;評估板的右側是二次側電源,除了一顆採用SOP-8封裝的LDO外,其他均為二次側DC/DC「BD9S系列」,根據電流能力不同,分別採用2mm×2mm或3mm×3mm的封裝;最下面一顆是作為負載開關使用的ROHM超小型封裝的PMOS,主要用於給ADAS或是inFORM模塊所需的電源系統來供電。此外,參考板上還搭載了ROHM監視IC,每一顆監視IC可監控四路電源輸出,一旦發生故障,對應的LED指示燈就會被點亮。當然,為了符合車規級要求,整塊參考板已經做好了EMC對策方案呢,例如在電源輸入端追加了濾波電路,或是通過上下跳線來開啟一次側DC/DC的展頻功能等等,用戶可以直接將其應用到自身的產品設計中。FFTEETC-電子工程專輯

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