罗姆全新“BD9S系列”带你入门DC/DC转换器

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DC-DC转换器一般会配套其他部件供应给整车企业,企业很难依靠这单一部件来盈利,在产量较低的时候,BOM成本会很高,不易切入,因此市场供应格局相对稳定。

技术原理及应用场景

DC/DC变换器是将一种电平的直流电压变换为另一种电平的直流电压的电路。DC-DC转换器的主要部件是变压器。利用变压器改变电压时,变压器需通过交流电压。充电电池是直流电压,因此DC-DC转换器通过利用功率半导体ON/OFF来自充电电池的直流电压,将其转换成交流电压。然后,利用变压器转换交流电压,再利用功率半导体将交流电压转换成12V的直流电压。利用功率半导体转换交流和直流时,为抑制电压波形的噪声(平滑化),还使用了电容器。

通俗来讲,变换器的输入是一个已经经过滤波之后的直流电压,但是其可以是固定不变的;变换器的输出是可变的直流电压,也针对许多应用设计成多种输出电压。目前DC/DC变换器的效率可以很高,达到90%以上。

从类别来看,根据是否使用隔离变压器,DC/DC变换器可分为隔离式DC/DC变换器和非隔离式DC/DC变换器。非隔离式DC/DC变换器一般都有一个开关和一个二极管,有的可能还会有一个电感和一个电容等储能元件。还有一些其他类型的非隔离式DC/DC变换器,其电路拓扑中有两个开关、两个二极管和一些储能元件。在许多应用场合,包括在电动汽车和混合动力汽车中需要实现输入和输出的电气隔离,隔离式DC/DC变换器就是这样一种有高频隔离变压器的基本拓扑结构。

图表1  DC-DC转换器的类别

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DC/DC变换器在电动汽车(包括混合动力)中主要有以下三种应用类型:

1)高压升压器

这种高压升压器,是一种选择性的架构,主要是某些整车企业,为了提高动力系统的效率,选择用一个Boost的升压器来提高逆变器输入的总线电压。因此,这个部件集成在逆变器里面,作为动力总成的一部分。此类器件,由于在特定的部件条件下,通过系统设计优化出来的一个附带产物,并不是每个整车企业都需要选择,特别是随着锂电化带来的系统电压等级的升高,这个器件对于普通的零配件企业而言不是很好的机会。

2)高低压转换器(辅助功率模块)

此模块的主要作用是取代传统的12V发电机。强混以上的系统之中,发动机输出的动力直接驱动高压继电器对高压电池系统进行补电,传统的12V用电负荷,则完全依靠这个DC/DC变压器供给,因此传统的用电负荷补给也就落实到了这里。此类器件,几乎所有的新能源汽车都会应用,功率范围从1KW2.2KW,也是未来48V系统的一个核心元件,将对此器件进行展开。

312V电压稳定器

12V电压稳定器,主要是用在部分Start-Stop系统(如果有可能,后续对Start-Stop将要做个分类,目前在欧洲SS系统已经应用非常广泛了。在启动过程中,如果采用某种架构用来防止电压波动对一些敏感器件产生影响。这里的敏感负载,主要包括用户可见的用电负载,如内饰灯和收音机等。电压稳压器的功率等级,随着敏感用电器的负荷而定,一般为200400W;总体而言,此类器件功率等级较小,成本要求较为苛刻,欧洲的零部件厂家切入较早,这类器件的技术已经非常成熟。

图表纯电动汽车中DC-DC转换器应用场景

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图表混合动力汽车中DC-DC转换器应用场景

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代表模块

很多半导体公司都有推出车载DC/DC转换器,但是体积更小、效率更高、可靠性更高的DC/DC转换器非罗姆的超小型车载降压DC/DC转换器“BD9S系列”莫属。

“BD9S系列”是小型高效的车载电源IC,具备可提高系统安全性的功能。具有用来提高系统安全性的输出电压监测功能和启动时的上升时间调整(时序控制)功能,通过灵活地与各种微控制器和系统共享信息,来帮助系统进一步提高可靠性。

另外,在小型化和节省空间方面,拥有2mm见方和3mm见方(业界最小级别)丰富产品阵容,可支持高达4.0A的输出电流。在高效率工作方面,实现业界顶级(输入电压3.6V、输出电压1.8V时为90%)的功率转换效率。而且,利用频率固定的电流模式控制进行2.2MHz高频工作,不会干扰AM广播频段,且可实现外围元器件的小型化。这些特点还非常有助于安全驾驶辅助模块进一步实现小型化与节能化。

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<特点详情>

1.具有输出电压监测功能和时序控制功能,助力系统实现更高可靠性

搭载输出电压监测功能(Power Good功能),可与系统共享自身是否正常运转的信息;搭载时序控制功能,通过灵活调整启动时的上升时间,可扩展电源IC并可实现系统的稳定工作。通过与各种系统灵活地共享信息,非常有助于进一步提高系统的可靠性。

2.实现业界顶级的小型化与高效化

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在要求小型、节省空间、高效工作的车载二次降压DC/DC转换器领域,实现仅2mm见方(业界最小级别)的体积;在高效率工作方面,与同等性能产品相比,功率转换效率达到业界顶级水平(输入电压3.6V、输出电压1.8V时为90%)。

另外,反馈回路控制方式采用没有频率波动的电流模式,始终保持2.2MHz开关工作,不仅可实现外围元器件的小型化,而且还不会干扰到AM广播频段(1.84MHz Max.)。这些基本性能的出色表现,非常有助于实现更小、更节能的安全驾驶辅助模块。

3.产品阵容丰富,支持高达4.0A的输出电流

产品阵容丰富,虽然是超小型产品,却可支持0.6A~4.0A的更宽输出电流范围,便于进行系统紧急变更或模块优化等。

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