罗姆的单芯片降压方案 给48V轻混动力车注入了强心剂

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在这个电动汽车开始流行的时代,轻混合动力汽车,特别是采用48V供电系统的轻混动力车开始成为主流。据估计,到2024年采用48V供电的电动汽车将达到710万台,这将是一个非常大的市场。48V的电动汽车,它的二氧化碳减排效果达到15%~20%,而相应的增加成本是在1500欧元以下,综合来看,性价比更高。

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48V供电系统是原有12V供电系统的升级,整个系统分为两块,一些负载电流小的系统,比如音响、仪表、雨刷等等,用12V的电池进行供电;而48V电池可以对负载电流比较大的,比如空调、车灯、风扇等电机类进行供电。另外,48V系统还有一个再生能源的功能。也就是说当汽车在行驶的时候,正要加速,这时候突然发生一些紧急情况,使得司机踩了刹车,原本用于加速的这部分能量,以前是白白消耗掉了。但48V的双电池系统,它可以使得这部分能量暂时存储起来,用于下一次加速。

不过48V系统给电源设计带来了极大的挑战:要从48V的输入电压,转化到3.3V或者5V的,跨度非常之大。

从更高的输入电压生成更低的输出电压,要求电源IC能够满足高耐压、高频率两个要求,实现这两点的技术关键点在于脉冲的宽度。为什么提高输入电压,它的脉冲宽度要缩窄?这是因为要在保持输出电压不变的情况下,提高输入电压,它的脉冲宽度必定要缩窄,否则无法维持输出电压不变的。另外在整个DC/DC的回路里面,导线上有一定的寄生电感,在开关的时候它会产生一个反电动式,引起振荡,所以电流监控,是会有一定的延迟时间再去进行采样。另外,从线圈电流反馈到IC内部,也需要一定的时间,所以会有一个电路的延迟。为了确保短路等等异常情况下,仍然能够保证芯片工作的安全性,所以要解决这样的问题,即使脉冲宽度非常窄,也要建立一个电流模式控制,以此来保证输出电压能够稳定,不受任何因素的影响。

基于此,罗姆研究出了窄脉宽控制技术(Nano Pulse Control),该技术凝聚了罗姆的电路设计、布局、工艺三大尖端技术。使用窄脉宽控制技术不仅能够节省空间,还实现了单芯片化。在同样的输入电压和输出电压的条件下,由原先必须使用两级的DC/DC去设计,而变为只需要一颗芯片就可以完成。

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该款名为BD9V100MUF-C的芯片有着优异的性能表现。首先,在开关2.1MHz的条件下,可以实现将输入电压60V直接转化为输出电压2.5V,降压比达到24比1,这是业界第一家厂商能够实现这样的转换。其次,它工作在2MHz的情况下,输入电压在16~60V之间变化的时候,仍然可以保证输出电压2.5V恒定,而不受AM频段的一些干扰。另外,芯片也内置了一些保护的功能。此款芯片也采用了焊料润湿性非常优异的一个QFN4×4的封装,它使得贴装的良率有所提高。

罗姆的Nano Pulse Control技术优势是在很短的导通时间内,也能实现稳定的电压输出,这样使得原来繁琐的系统设计大幅简化,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。

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48V系统的统一标准LV148,是由大众、奥迪、宝马等5家汽车制造商联合制定并且推出的。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。未来,随着这个标准的应用逐渐扩大,BD9V100MUF-C还会有更多的用武之地。

 

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