
在全球綠色環保的發展趨勢下,能夠滿足節能、環保要求的發動機自動啟停系統越來越多地被應用在各種級別的車型中,而具備自動啟停系統和怠速熄火功能的車輛,在重啟時會瞬間承受較大的負載。由于電池電壓下降(Cranking)引起的電壓波動,容易造成ECU停止工作,從而帶來行車安全隱患。為了向ECU(車載電子控制系統)供應穩定的電源并防止誤操作,需要具備升降壓的新型DC/DC轉換器來解決傳統的升降壓轉換器響應慢、輸出電容容量大、控制復雜等問題。
全球知名半導體制造商羅姆采用Quick Buck Booster新概念升降壓技術開發出凝聚ROHM車載電源技術精髓的升降壓芯片組,解決了傳統升降壓轉換器所存在的問題。ROHM車載升降壓電源芯片組具有響應快,業界頂尖、低消耗電流和穩定性能佳,效率高,低EMI等突出特點。
ROHM半導體(北京)有限公司設計中心工程師吳波介紹新品
2018年11月20日羅姆(ROHM)于北京新世紀日航酒店召開Quick Buck Booster新概念升降壓技術&“車載降壓芯片組”的新品發布會,發布會上ROHM日本總部LSI本部通用電源LSI商品開發部車載電源開發課DC/DC組技術員-岡本雅樹先生、ROHM半導體(北京)有限公司設計中心所長水原德健先生、ROHM半導體(北京)有限公司設計中心工程師吳波先生就Quick Buck Booster新概念升降壓技術和芯片組(BD8P250MUF-C+BD90302NUF-C)做出全方位的技術展示與介紹。
Quick Buck Booster 新概念升降壓技術
為了解決傳統升降壓所遺留的響應慢,輸出電容容量大,控制復雜等問題,ROHM憑借先進的模擬設計技術和電源類工藝,運用獨有的超高速脈沖技術“Nano Pulse Control”開發出升降壓技術“Quick Buck Booster”。在大幅改善響應性,顯著降低輸出電容器電容值的同時,實現了降壓轉化器與升降壓轉換器的通用設計。
* Quick Buck Booster 新概念升降壓技術開發背景
ROHM半導體(北京)有限公司設計中心工程師吳波先生在介紹Quick Buck Booster新概念升降壓技術開發背景時提到,具備自動啟停功能的車輛在引擎重啟時,電池電壓下降(Cranking),采用一般的降壓型DC/DC轉換器給車載ECU供電時,容易造成ECU停止工作。而這會帶來一系列問題,諸如儀表盤等電子控制系統停止工作給車輛的行駛帶來一定的安全風險,所以搭載自動啟停系統的車輛一般都采用升降壓型DC/DC轉換器給車載ECU供電,而不用傳統的降壓型DC/DC轉換器。主要原因在于升降壓型DC/DC轉換器的特點是不管電池電壓是高于還是低于ECU需要的供電電壓,升降壓型DC/DC轉換器都可以輸出一個比較穩定的電壓來確保ECU正常工作。
怠速停止車輛電池電壓與ECU
但是升降壓DC/DC轉換器相較于傳統的降壓轉換器有一些固有的缺點,例如控制結構較為復雜,整個電路回路的響應性也比較差。為了解決這種問題,可以對升降壓DC/DC采用降頻運行措施,但是降頻運行將需要大容量的輸出電容器,以保證輸入電壓的穩定值,而這會在無形中增加了升降壓轉換器的使用成本。此外,電池電壓的最小值因不同車型而異,將升降壓電源與降壓電源分別設計的方案將增加開發周期與成本。新型升降壓DC/DC轉換器的新課題要求能夠輕松實現降壓轉換器與升壓轉換器的通用設計來降低整個電源的開發周期與成本。
* Quick Buck Booster新概念升降壓技術特點
1.Quick Buck Booster新概念升降壓技術采用與傳統的升降壓控制不一樣的控制方式,以實現與降壓型轉換器具有同等效力的高速響應性能,輸出電容器的容值可以和傳統的降壓型轉化輸出相同,但是比傳統的升降壓控制轉換器容值降低50%以上。
2.以往的升降壓轉換器需要降壓和升壓各2個開關組合和4個開關結構,升壓與降壓兩個大腦需要隨時就輸出控制進行協商,控制就變得復雜起來。Quick Buck Booster新概念升降壓技術引進了將升壓比固定的新構思。不控制升壓側而只控制降壓側,這樣就變成一個大腦控制,從而提升了電壓變動的響應性!
3.Quick Buck Booster新概念升降壓技術能夠輕松實現降壓功能及升降壓的通用設計。在進行電源電路的整體設計時,設計周期可以縮短一半以上。
凝聚ROHM車載電源技術精髓的升降壓電源芯片組BD8P250MUF-C+BD90302NUF-C
該芯片組由具備升壓功能的DC/DC轉換器“BD8P250MUF-C”和升壓專用IC“BD90302NUF-C”組成:BD8P250MUF-C是一款具有升壓功能的降壓型DC-DC轉換器,單獨使用BD8P250MUF-C可以實現降壓功能,其優點有:
1、低功耗的時候,功耗電流比較低。
2、開關頻率可以做到2.2MHZ,達到高效率的電源輸出。
3、具有一般性降壓型DC/DC轉換器所具備的良好的動態響應性。
4、芯片帶有專門的抗噪音功能,具備較良好的抗噪音特性。
這款BD90302NUF-C升壓IC是為了配合BD8P250MUF-C而專門開發的一款升壓芯片,具有固定占空比輸出。將BD8P250MUF-C和BD90302NUF-C結合使用就得到了可實現升降電壓的芯片組,核心器件“BD8P250MUF-C”采用了新概念升降壓控制技術“Quick Buck Booster”,追加“BD90302NUF-C”,即可在不損害降壓電源性能方面的性能優勢的情況下,成功構建降壓電源。
BD8P250MUF-C+BD90302NUF-C芯片組特點
1、作為升壓電源實現業界最優低消耗電流和響應性能。
在升降壓特性方面,傳統型的產品在空載時消耗的電流大約為30uA,而搭載“Quick Buck Booster”技術的ROHM新品消耗的電流大約在8uA左右,靜態電流降低了70%;因為新品采用了新型的控制模式,所以不需要很高的穩壓電容就可以保證較好的響應性能,和傳統的產品相比輸出電容容值減少了50%,大大地節約系統的整體設計成本。
在動態響應的優異性比較方面,在右圖穩定性比較的圖中,左側為傳統升壓轉換器,右側為新發布芯片組。通過比較,傳統穩壓電容需要110μF,此時的輸出電壓的波動在±1000mV,而新產品輸出電容僅為44μA,輸出電壓波動僅為100mv,僅為傳統電壓穩壓器電壓波動的1/5,大大減小了電壓波動。通過實測結果可以說明,以新發布的Quick Buck Booster技術為核心,ROHM在業界實現了首次升降壓電源的超快速的動態響應特性,大幅地節省整個系統的設計成本。
2、實現降壓與升降壓的通用設計減輕電路設計,在同一PCB板上輕松切換降壓和升降壓功能。
針對搭載了自動啟停功能或者是怠速停車功能的車輛,在給車載ECU功能車輛充電的時候,需要使用具有升降壓功能的DC/DC轉換器,才能保證車載電源正常工作運行。但是沒有搭載自動啟停功能的車輛,在給它的ECU供電時,可以選擇使用一顆降壓型DC/DC轉換器以滿足供電要求,達到節約成本的目的。
輕松實現升降壓轉換器的通用設計
新品評估板演示
針對不同的車型,開發不同的電源方案,就會造成兩套方案同時開發,從而浪費開發精力與開發成本。在電源開發過程中外部原件的選型,整體補償及噪聲設計及PCB主板的設計都需要花費大量的人力與物力,ROHM新發布的產品組合可以在PCB板不改版的前提下,非常輕松地實現降壓功能與升壓功能的切換。我們從原理圖和PCB板中可以看到,整體的PCB板設計結構基本一致,將降壓功能升級成升降壓功能只需要增加BD90302NUF-C升壓芯片和電容,這可以節省整個電源50%的開發周期。
3、低噪聲性能,不干擾AM廣播頻段,有助于穩定工作。
“BD8P250MUF-C”內置擴頻功能,采用ROHM獨有的超高速脈沖控制技術“Nano Pulse Control”,始終在2.2MHz頻率下工作,不受AM廣播頻段(1.84MHz Max.)的干擾,從而有助于對噪聲性能要求較高的車載系統的穩定工作。
“BD8P250MUF-C”內置擴頻功能也能夠實現低電磁干擾性,輕松滿足汽車領域噪聲要求的CISPR25 CLASS5標準。
通過全面的性能與產品介紹,我們不難看出,這款凝聚ROHM車載電源技術精髓的升降壓電源芯片組的推出,將會極大提升具備自動啟停系統車輛的性能與行車安全,從而為我們的安全行車保駕護航!
目前在車載電源IC產品中,ROHM除了現有的BD9V100MUF-C以及本次發布會發布的BD8P250MUF-C&BD90302NUF-C芯片組一次電源,ROHM還有在2018年6月發布的BD9S系列二次電源。在談及ROHM未來的發展方向時,吳波先生表示,未來ROHM將會更多地關注開發更多附加值高的電源芯片,相信ROHM會憑借技術實力不斷為汽車節能環保事業做出積極貢獻。
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