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[分享] ROHM BD9P系列解读:车载一次DC/DC转换器,燃油车专用

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    [LV.7]简直是骨灰粉呐

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    发表于 2021-5-6 10:41:46 | 显示全部楼层 |阅读模式
    本帖最后由 dutu-1 于 2021-5-6 10:43 编辑

    十年前,汽车的驾驶舱里只有机械式的仪表和外加按钮式的空调面板。现在,全液晶仪表盘和大尺寸的中控娱乐显示屏已成为标配,更高级点的还配有抬头显示系统(HUD)、电子后视镜、高级辅助驾驶系统(ADAS)。汽车上的电子设备种类多样,其工作电压也不尽相同,但电池和发电机的输出电压是固定数值,无法改变。这时就需要加入电源IC,将电池输出的电压转换为电子设备需要的工作电压。


    我们知道,在传统燃油汽车上有两个电源,分别是发电机和电池,输出电压范围一般是10V~16V。而汽车的电子设备,如MCU、电机驱动器、LED驱动器等,有不同的工作电压。我们需要在中间接入一系列的一次电源与二次电源,将电池电压转换为适合后段元器件的电压。这里的一次电源与二次电源就是电源IC。根据需求不同,可以在一次电源后直接连接元器件,也可加入一个二次电源后再连接元器件。
    1.jpg



    车载一次DC/DC转换器BD9P系列

    2020年11月19日,全球知名半导体制造商罗姆半导体召开线上发布会,宣布推出新产品——耐电池电压波动的车载一次DC/DC转换器BD9P系列。据介绍,BD9P系列可在电池的输入电压波动时稳定工作;利用新型控制方式,同时具备原本存在矛盾关系的高速响应和高效率优势;采用ROHM自有的电源技术Nano Pulse ControlTM,实现高压降比;与连接在它后段的二次DC/DC转换器BD9S系列相结合,还可组成高效且高速的车载电源电路。

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    特点一:稳定工作

    汽车的电池电压在引擎发动时会有较大的波动。图1是一次级电压输出波形对比,绿色是电池电压,蓝色是普通产品输出电压的表现,红色是BD9P系列传输电压的表现。当引擎发动时,电池电压下降到谷底;引擎停止时,电池电压恢复正常。在电池电压恢复正常的过程中,普通DC/DC转换器产品的会出现过冲现象,输出电压有一瞬间会升高,导致后面连接的元器件过压损坏。 3.jpg

    图1

    BD9P系列采用全新输入电压检测方式,即使电池电压波动时也不会过冲,可稳定工作。与普通产品相比,BD9P系列能够将电压波动时的输出过冲抑制在1/10以内,从而实现稳定的电压输出。客户也不再需要添加以往作为过冲对策所必需的输出电容器,降低了整体方案的成本。

    特点二:高效率

    以往的产品为了确保高速响应的性能,通常需要较大的驱动电流。BD9P系列利用新技术,降低电路内部电流,使消耗电流降至以往的1/3左右,约10μA以下;既坚固了高速响应,同时又可以实现高效率。图2右侧是BD9P系列与两款普通产品的功率转换效率对比,粉色区域代表负载较低的情况,可以看到BD9P系列在1mA负载电流下,功率转换效率可达85%;高负载情况下,BD9P系列在1A负载电流下,功率转换效率高达92%;从轻负载到高负载,BD9P系列都实现了出色的高效率。与其他两款普通产品相比,BD9P系列可在更宽的负载电流范围实现高效率。好处是:无论汽车在行驶的过程中或者是引擎启动时,整体的产品功耗都可以做到较低的水平,实现了客户节能化的需求。

    4.jpg

    图2

    特点三:高压降比

    BD9P系列采用ROHM自有的电源新技术Nano Pulse ControlTM,可以实现更高的电压转换比,即从输入电压转化为输出电压的压降比。对于最大40V的高电压输入,可实现由后段元器件驱动的3.3V~5.0V级稳定输出。

    在车载应用里,一些产品对辐射噪声有严格要求。图3红色虚线框中的噪声频段是AM广播频段,最高是1.84MHz。BD9P系列的工作频率是2MHz,不会对其产生干扰。而且工作频率高的DC/DC转换器,在外围选型时,可以用更小的电感器件,进一步实现了客户小型化的需求。另外,BD9P系列还内置了展频功能;打开此功能,可使尖峰噪音得到较大改善,更有利于解决EMC噪音干扰。

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    图3

    参考设计REFRPT001

    图4是ROHM最新推出的参考设计评估板,它上面搭载了一次电源、二次电源总共八颗。在评估板中间的两颗IC就是新发布的一次电源BD9P系列,上方的输出是5V、1A,下方的输出是3.3V、2A。评估板的右侧是一系列的二次侧电源,除了其中一颗SOP-8封装的是LDO之外,其他的是二次侧DC/DC“BD9S系列”,它的封装根据电流能力不同,有2mm×2mm的封装和3mm×3mm的封装。最下面的是ROHM超小型封装的PMOS,作为负载开关使用。

    该参考设计的应用场景是给ADAS或者是inFORM模块所需的电源系统来供电,比如给CAN供电、MCU供电和SOC供电。这块板子上还搭载了ROHM的监视IC,在芯片的最上方和最下方,每一个监视IC可以监控四路的电源输出,这样板子上搭载的八路电源都可以得到监控,一旦发生故障对应的LED指示灯就会被点亮。

    最后,整块板子已经做了EMC对策,比如电源输入端追加了滤波电路,也可以通过上下的跳线来开启一次侧DC/DC的展频功能,客户可以参考该板子的电路设计和PCB设计来应用到他们的产品中。

    6.jpg

    图4

    7.png

    REFRPT001参考设计评估板 实物图



    Q&A

    问:新技术防止过冲问题,主要是采用了全新输入电压方式,想进一步了解一下这种检测方式新在哪里,是否是ROHM独家技术,与原有检测方式有何不同?

    答:ROHM是在一个非常小的功耗电流情况下来实现这个技术,同时满足了过冲技术以及小电流的两个方式的结合,因为我们知道这两个方式其实是一个矛盾的两方面,是有个权衡的关系在里面的。ROHM既能做到过冲对策,又能做到小电流,这是一个新的点。另外一个是检测机制,对于输入电源,一般情况下转换器是对于输出变动会有一个反馈,这次加入了输入电源变动的反馈,它的响应速度会更快。

    问:BD9P系列有两种封装,不同封装针对的是什么应用?

    答:两种封装,一个是QFN的封装,是四边无引脚封装,QFN的封装是比较小的,但是另一个SOP的封装是大一点的,带引脚。 一般客户会根据自己产线的情况或者PCB面积情况选择不同封装,QFN偏向小型化,而SOP有的客户认为可靠性更高散热也好一点。

    问:BD9P系列可以用于48V电池系统吗?

    答:我们9P系列是用于12V电平的燃油车,耐压规格是40V。对于您说的48V是48V轻混新能源汽车里使用。电池电压是48V,耐压规格是70V。我们的BD9P是用在12V左右的汽车里面,用在48V车是我们以前发布过的一个叫BD90系列,是用在48V的汽车里面,可以48V直接转成3.3V。

    结语

    本次发布的新品已于2020年10月开始以月产5万个的规模投入量产,样品价格为500日元/个,不含税。REFRPT001参考设计评估板的设计方案和测试报告已在ROHM官网上公布。用户可以利用参考板、官方开发工具以及ROHM免费提供的在线仿真工具“ROHM Solution Simulator”,实现接近实际使用的仿真,大幅减少应用产品的设计负担。



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