前言

如今，全球主要的汽車制造商為了應(yīng)對(duì)環(huán)境問題，都在規(guī)劃HEV和EV的開發(fā)與擴(kuò)大投入。然而，由于EV以電池和電機(jī)為主動(dòng)力，在現(xiàn)階段，與燃油動(dòng)力車相比，行駛距離較短，要實(shí)現(xiàn)普及還存在諸多課題。因此，以歐洲已普及的高效低油耗柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，在其上附加混合動(dòng)力系統(tǒng)的柴油混合動(dòng)力的開發(fā)日益進(jìn)步。

在這種情況下，汽車制造商提出了環(huán)保、高附加值、高功能的配件開發(fā)需求。與以往一樣，伴隨這些汽車制造商的發(fā)展動(dòng)向，車載應(yīng)用的多功能化日益發(fā)展，車用電子配件呈逐年增加趨勢(shì)。另外，即使是面向新興國(guó)家的低成本車、小型車也一樣，對(duì)于汽車開發(fā)來說，電子配件的增加是不可避免的，而且，產(chǎn)品越來越需要比以往任何時(shí)候更注重制造成本與附加值。

此次，將介紹一下車載半導(dǎo)體中使車載應(yīng)用程序工作所必需的電源。電源IC可分為系列電源和開關(guān)電源兩大類，羅姆的電源開發(fā)不僅要滿足前述要求，而且在每種電源開發(fā)中一直致力于新技術(shù)的開發(fā)。當(dāng)然，電源IC的高頻動(dòng)作化、高效化等基本性能特性提升是首當(dāng)其沖的，除此以外，羅姆不斷推進(jìn)滿足市場(chǎng)特有需求的電源IC的開發(fā)。其巨大的要求之一是“消耗電流更低”。這屬于市場(chǎng)需求中的“附加值”范疇。

羅姆為“車載半導(dǎo)體”量身定制“電源IC”新技術(shù)

隨著車載配件使用數(shù)量的增加，當(dāng)務(wù)之急是降低每一個(gè)配件所需的消耗電流。針對(duì)這種情況，為實(shí)現(xiàn)車載應(yīng)用中的更低功耗，往往通過最大限度地控制常時(shí)工作所需的配置來實(shí)現(xiàn)低功耗化。而“電源IC的低功耗化”技術(shù)則需要滿足每一個(gè)配件的低功耗化和上述常時(shí)工作微控制器電源的低功耗化需求。

[圖1] 停車時(shí)動(dòng)作功能示例

發(fā)動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)僅電池通電時(shí)車的待機(jī)狀態(tài)和停車時(shí)(熄火)等工作的功能，其低功耗尤為重要。在發(fā)動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)時(shí)，有空調(diào)、電動(dòng)車窗等;近來，隨著電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向化的發(fā)展，一般都配置發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)的轉(zhuǎn)向角檢測(cè)等功能;在停車時(shí)(熄火)，有汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、時(shí)鐘等(圖1)。這些功能的電力都由主電池、蓄電池供給。

另外，由于汽車是以整車狀態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸?shù)?，因此積蓄在電池中的電量在運(yùn)輸中逐漸消耗，到達(dá)目的地時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生電池電量耗盡的情況。作為對(duì)策，往往采用摘掉電池的方法進(jìn)行運(yùn)輸，但到達(dá)目的地時(shí)需要安裝，增加了工序，整體制造成本增加。所以，隨著汽車的多功能化發(fā)展，降低電池耗電成為當(dāng)務(wù)之急。作為這些問題的對(duì)策，降低電源IC的消耗電流是很有效的手段(圖2)。

[圖2] 汽車的低消耗電流化

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羅姆研發(fā)的“BD7xxLx系列”實(shí)現(xiàn)了“電路電流6μA”的技術(shù)革新

在系列電源領(lǐng)域，羅姆從2005年開始開發(fā)了當(dāng)時(shí)世界頂級(jí)低消耗電流LDO(Low Drop Out)--BD393x/394x系列。該系列產(chǎn)品的電路電流僅為30μA，表現(xiàn)非常優(yōu)異;同時(shí)，還是作為車載IC具備可在苛刻條件下使用的高可靠性的IC產(chǎn)品。其后羅姆繼續(xù)走在系列電源低功耗化領(lǐng)域的前沿，此次，又開發(fā)出消耗電流更低的BD7xxLx系列。該系列產(chǎn)品的消耗電流僅為車載應(yīng)用中所需消耗電流的1/3以下，電路電流與以往IC相比降低到1/5，僅為6μA(圖3)。這是車用電源IC領(lǐng)域中全球頂級(jí)低消耗電流的LDO產(chǎn)品。

[圖3] 羅姆電路電流的推移

BD7xxLx系列產(chǎn)品不僅在負(fù)載電流為“0”時(shí)的電路電流很少，而且在有輸出負(fù)載經(jīng)過時(shí)，IC本身的電路電流也不會(huì)增加。這也是力求區(qū)別于其他電源IC之處。雖然依存于負(fù)載電流的電路電流的增加量與負(fù)載電流相比較少，但車輛要求的高溫環(huán)境中，電路電流的功耗可能會(huì)成為問題，因此羅姆致力于實(shí)現(xiàn)徹底的低消耗電流化。但是，要實(shí)現(xiàn)更低消耗電流存在幾個(gè)瓶頸。為了解決這些瓶頸，需要利用羅姆積累的技術(shù)及其應(yīng)用(圖4)。

[圖4] 低待機(jī)電流化的瓶頸

為了抑制消耗電流必須內(nèi)置大電阻，這樣無法比以往產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步小型化，從而導(dǎo)致芯片尺寸增加、制造成本增加。這對(duì)于低成本化來說是巨大的障礙。另外，內(nèi)置大電阻時(shí)，可能容易受到外部噪音的影響。

另外，即使不是大電阻，由于采用低消耗電流技術(shù)的電源IC的電流值很小，更容易受外部噪音的影響。因此，確保產(chǎn)品的抗噪音性能比以往任何時(shí)候都尤顯重要。

其次，還有電路響應(yīng)性惡化問題。減少電路電流就會(huì)減少驅(qū)動(dòng)電流，直接導(dǎo)致電路動(dòng)作延遲。因此，擔(dān)心IC輸入變動(dòng)時(shí)的輸出穩(wěn)定性等會(huì)因電路動(dòng)作延遲而比以往惡化，還擔(dān)心導(dǎo)致IC啟動(dòng)時(shí)的延遲啟動(dòng)時(shí)間增加。電源IC的輸入端子直接連接于電池，電池電壓雖然在一定程度上保持穩(wěn)定，但并不能定位為穩(wěn)定的電源裝置。特別是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)和車輛的各功能工作時(shí)，電池電位會(huì)變動(dòng)。所以，輸入電壓變動(dòng)時(shí)的輸出電壓穩(wěn)定性是重要的特性。

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再者，高溫工作下容易受泄漏電流的影響，這也是問題之一。泄漏電流雖然微小，但由于內(nèi)置前述大電阻，因此泄漏電流與內(nèi)置電阻產(chǎn)生的電壓引起誤動(dòng)作的可能性很高。

羅姆的新商品群BD7xxLx系列針對(duì)這些瓶頸、擔(dān)心，利用一直以來積累的待機(jī)電流電路技術(shù)，通過導(dǎo)入新電路、優(yōu)化布局等，成功開發(fā)出實(shí)現(xiàn)業(yè)界頂級(jí)低消耗電流、同時(shí)具備與以往電源IC同等的基本特性的商品。

該系列商品的產(chǎn)品陣容中，具備3.3V、5.0V兩種輸出電壓，根據(jù)用途具備200mA與500mA兩種輸出電流能力。封裝為SMD封裝、支持基板更節(jié)省空間的SOP型封裝等，從小型封裝到散熱特性卓越的封裝，具備滿足客戶使用用途的強(qiáng)大陣容(圖5)。

[圖5] BD7xxLx系列產(chǎn)品陣容

羅姆不斷推進(jìn)20μA待機(jī)電流的開關(guān)電源開發(fā)

在開關(guān)電源領(lǐng)域，羅姆正在開發(fā)實(shí)現(xiàn)20μA待機(jī)電流的系列產(chǎn)品。不僅實(shí)現(xiàn)以往開關(guān)電源在重負(fù)載時(shí)的高效率，而且通過SLLMTM (Simple Light Load Mode：簡(jiǎn)單輕負(fù)載模式)在輕負(fù)載時(shí)也可實(shí)現(xiàn)低消耗電流、高效率，其特點(diǎn)是有助于上述LDO同樣待機(jī)電流的設(shè)計(jì)。

開關(guān)電源的低待機(jī)電流化也存在與LDO同樣的瓶頸，但開關(guān)電源還存在比LDO電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜且構(gòu)成要素較多的問題，由于驅(qū)動(dòng)IC的消耗電流要素增加，而且正在進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，因此降低開關(guān)電路的功耗通常較為困難。另外，在過負(fù)載時(shí)通過開關(guān)動(dòng)作可以抑制功率損耗，但輕負(fù)載時(shí)很難保持其效率。

本系列產(chǎn)品，在負(fù)載小時(shí)自動(dòng)切換為SLLMTM。這種SLLMTM是抽取不要的開關(guān)脈沖，在下一次開關(guān)開始之前的區(qū)間，僅由必要的、最低限度的控制電路工作，其他電路在低消耗電流狀態(tài)下待機(jī)。

羅姆的車用開關(guān)電源，通過導(dǎo)入這種SLLMTM，實(shí)現(xiàn)了輕負(fù)載時(shí)的低功耗化，而且過負(fù)載時(shí)的功耗與以往產(chǎn)品相比也能保持一樣的效率。

開關(guān)電源與系列電源相比，因其高效性被定位為配件使用數(shù)量增加帶來的發(fā)熱、負(fù)載電流增加等問題的有效對(duì)策。系列電源與開關(guān)電源相比，因外置配件較少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等而在成本方面占有優(yōu)勢(shì)。系列電源與開關(guān)電源往往根據(jù)情況被區(qū)分使用，但今后開關(guān)電源應(yīng)該會(huì)成為低功耗電源的主流。

綜上所述，作為羅姆未來的開發(fā)方向，將是針對(duì)低功耗設(shè)計(jì)的市場(chǎng)需求，不僅降低電路電流，而且通過提高開關(guān)電源的功率轉(zhuǎn)換效率(90%以上)和開關(guān)動(dòng)作頻率(2MHz以上)，從而實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)性以及線圈電容等配件的小型化等，不斷加強(qiáng)完善羅姆產(chǎn)品陣容的開發(fā)。