最適合汽車電源IC發(fā)展的技術(shù)要求
2014-12-01 16:51:30 本站原創(chuàng)【ROHM半導(dǎo)體（上海）有限公司 12月1日上海訊】
近年來，汽車的電子化發(fā)展迅速。圍繞汽車的“高科技”電子設(shè)備的搭載越來越多，與傳統(tǒng)的機(jī)械控制占比較大的時(shí)代相比，電子控制、電動(dòng)設(shè)備所占比例變得非常大。預(yù)計(jì)汽車的電子化需求在未來也將依然強(qiáng)勁。
汽車電子化的主要原因有3大關(guān)鍵詞。
第一個(gè)關(guān)鍵詞是"環(huán)保"（eco）。這在HV（混合動(dòng)力汽車）、EV（電動(dòng)汽車）向普通車輛的普及過程中作用顯著。另外，各汽車制造商之間的低油耗化競爭也日益激化。這些突破是由復(fù)雜且周密的電子化控制來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)然隨著HV、EV的普及和油耗性能的提升，所搭載的電子設(shè)備還會(huì)繼續(xù)增加。
第二個(gè)關(guān)鍵詞是"信息與舒適"（comfort）。除作為出行工具之外，汽車更多被視為日用品，其智能化也在不斷發(fā)展，例如可以下載并欣賞喜歡的音樂，在路上即可輕松獲得目的地的信息等。而為了實(shí)現(xiàn)這些功能，需要眾多通信相關(guān)的電子元器件。另外，與提高舒適性相關(guān)的電子化也在不斷發(fā)展，無需鑰匙即可開關(guān)車門和啟動(dòng)引擎的智能鑰匙在普通車輛中已基本普及等，使車內(nèi)越來越成為更舒適的空間。
最后一個(gè)關(guān)鍵詞是汽車不可欠缺的"安全"（satefy）。多年以來，汽車的安全性多采取強(qiáng)化車架鋼性、撞擊時(shí)的緩震以及對(duì)駕乘人員啟用安全氣囊等的危險(xiǎn)發(fā)生"事后"的對(duì)策。但是，近年來隨著電子設(shè)備性能的提升，已經(jīng)開始聚焦危險(xiǎn)發(fā)生"前"的對(duì)策。通過提高車載攝像頭和車載傳感器的精度與動(dòng)作可靠性，如今實(shí)現(xiàn)汽車行駛安全的電子設(shè)備已經(jīng)被確立為一個(gè)重要的領(lǐng)域，預(yù)計(jì)今后各種功能的安全設(shè)備將會(huì)相繼開發(fā)并投入市場。
汽車用電源IC幾乎可用于任何電子設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)這3大關(guān)鍵詞，對(duì)“低靜態(tài)電流”（待機(jī)電流低）、“低電壓工作”、“小型化、大電流”等性能的要求越來越高（圖1）。
（圖1）近年來的電子化背景與需求
ROHM利用獨(dú)有的電路設(shè)計(jì)，成功降低了靜態(tài)電流，為汽車的低功耗化做出巨大貢獻(xiàn)。例如，ROHM將實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最高級(jí)別的6μA低靜態(tài)電流的車載LDO系列“BD7xxL2EFJ-C / BD7xxL5FP-C”和實(shí)現(xiàn)了僅為ROHM以往產(chǎn)品1/100的22μA低靜態(tài)電流的DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD99010 EFV-M / BD 99011EFV-M”投入量產(chǎn)，并獲得客戶高度好評(píng)。
2．高效化及其課題
剛剛提到伴隨著HV、EV的普及和油耗性能的提升，所搭載的電子設(shè)備還會(huì)繼續(xù)增加。這就使得電子元器件的高效化對(duì)油耗性能提升影響越來越大。
其中，電源IC由于連接于輸出端的所有電子元器件的消耗電流均會(huì)從中流過，而被定位為要求更高效率的電子元器件。
為滿足這種高效化需求，對(duì)電源IC進(jìn)行脈沖控制（PWM：Pulse Width Modulation和PFM：Pulse Frequency Modulation等）已成為必然趨勢，但這種控制方式又會(huì)對(duì)周圍元件產(chǎn)生噪音干擾（圖2）。
（圖2）車載電源IC的種類與特點(diǎn)
車載用電子元器件因噪音干擾而誤動(dòng)作，可能涉及到人身生命安全，因此，為使電子元器件在任何時(shí)候均可正常工作，產(chǎn)品必須符合CISPR25（發(fā)射干擾：產(chǎn)生干擾側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)）和ISO11452（抗干擾：受到干擾影響側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)）等電磁兼容相關(guān)的各種標(biāo)準(zhǔn)。
因此，對(duì)車載用產(chǎn)品來說，不妨礙其他設(shè)備（發(fā)射干擾）、以及受到其他設(shè)備妨礙時(shí)能保持本來的性能（抗干擾）是非常重要的。
EMC（Electromagnetic Compatibility）從EMI（發(fā)射干擾）和EMS（抗干擾度）兩種性能兼?zhèn)涞?/span>必要性角度被稱為“電磁兼容性”。
3．工藝的發(fā)展及其課題
工藝的微細(xì)化曾遵從摩爾定律迅速發(fā)展，但如今已不見以往的顯著發(fā)展態(tài)勢。
像電源IC這樣的產(chǎn)品，耗電量較大的電源IC其功率損耗也大。其損耗成為熱量，從IC經(jīng)由PCB和封裝散發(fā)到外部（圖3）。
（圖3）封裝結(jié)構(gòu)圖（熱阻）
在車載等使用時(shí)周圍溫度較高的環(huán)境下，到達(dá)IC的使用溫度上限的容許溫差變小，從而必須極力控制其功率損耗導(dǎo)致的溫升。因此，需要改善（降低）芯片的散熱性能（熱阻）。
熱阻不僅受封裝的材質(zhì)、引線框架的材質(zhì)、固定芯片與框架的接合材質(zhì)影響，受到框架形狀和芯片尺寸的影響也很大。
遵循摩爾定律，芯片尺寸越來越小，使熱阻變高，即使消耗與以往相同的電量，芯片的溫升也會(huì)增大。
隨著車載控制設(shè)備的電子控制/電動(dòng)化發(fā)展，在被稱為“平臺(tái)化”的背景下，電子元器件的商品化也自然而然不斷發(fā)展。所以，即使熱阻增高，降低芯片尺寸也是必然選擇。
為解決這些問題，進(jìn)行控制設(shè)備的綜合散熱設(shè)計(jì)，使IC與PCB熱阻平衡變得越來越重要。
4．車載EMC對(duì)策例
如前所述，車載電子元器件必須符合CISPR25（發(fā)射干擾：產(chǎn)生干擾側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)）和ISO11452（抗干擾：受干擾影響側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)）等電磁兼容相關(guān)的各種標(biāo)準(zhǔn)。
這些噪音干擾根據(jù)傳輸路徑，可分為直接經(jīng)布線傳輸?shù)膫鲗?dǎo)噪音和經(jīng)空氣傳輸?shù)妮椛湫栽胍簦▓D4,5）。
（圖4）同一PCB板上的噪音傳輸路徑
（圖5）來自PCB板間及PCB板外部的噪音傳輸路徑
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