升降壓控制技術(shù)迎來(lái)重大突破，不要小瞧日企對(duì)科技的執(zhí)念

“日本資源缺乏，能成為經(jīng)濟(jì)大國(guó)，全靠一代代工匠們的技術(shù)和心血。不要小看了這顆樹(shù)脂螺絲釘，它雖然輕，但卻堅(jiān)硬，正是無(wú)數(shù)顆這樣的螺絲釘才支撐起了日本經(jīng)濟(jì)。”

這是幾年前熱播的日本電視連續(xù)劇《半澤直樹(shù)》中的一段經(jīng)典臺(tái)詞。導(dǎo)演借半澤直樹(shù)父親之口，道出了日本經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的根本原因—“工匠精神”。而日前在羅姆(ROHM)半導(dǎo)體的發(fā)布會(huì)上，我們也感受到了這種精神。

近年來(lái)，在對(duì)環(huán)保性能要求越來(lái)越高的汽車領(lǐng)域，配備停車時(shí)停止引擎和電機(jī)的怠速啟停系統(tǒng)的車輛日益增加。但是在怠速啟停時(shí)，電池會(huì)存在由電壓瞬變所引起的電壓波動(dòng)現(xiàn)象。如果采用傳統(tǒng)降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器給車載電子控制單元(ECU)進(jìn)行供電，由于此時(shí)電壓已經(jīng)降低到車載ECU的正常工作電壓，會(huì)導(dǎo)致包括儀表盤在內(nèi)的ECU停止工作，從而給車輛行駛帶來(lái)巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

要想使ECU穩(wěn)定工作，需要采用升降壓轉(zhuǎn)換器，其優(yōu)點(diǎn)是不管電池電壓高于還是低于ECU所需要的供電電壓，升降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器都可以輸出一個(gè)比較穩(wěn)定的供電電壓，來(lái)保證ECU可以正常工作。然而，傳統(tǒng)的升降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器控制復(fù)雜且響應(yīng)性能差，輸出需要大容量電容器，這些都是亟待解決的問(wèn)題。

為此，ROHM面向配備怠速啟停系統(tǒng)的車輛中的儀表盤面板和網(wǎng)關(guān)等需要升降壓電源的ECU，開(kāi)發(fā)出升降壓控制技術(shù)“Quick Buck Booster”，旨在實(shí)現(xiàn)業(yè)界最優(yōu)異的低消耗電流和穩(wěn)定性能。

“相比降壓芯片，升降壓技術(shù)所面對(duì)的市場(chǎng)規(guī)模其實(shí)很小。但既然整車廠有這樣的需求，提供最先進(jìn)的科技給他們是羅姆的責(zé)任所在。”羅姆半導(dǎo)體(北京)有限公司設(shè)計(jì)中心所長(zhǎng)水原德健說(shuō)。

凝聚ROHM車載電源技術(shù)精髓

根據(jù)羅姆半導(dǎo)體(北京)有限公司設(shè)計(jì)中心工程師吳波的介紹，利用“Quick Buck Booster”技術(shù)，無(wú)需損害降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器在性能方面優(yōu)于升降壓電源的特性優(yōu)勢(shì)，即可輕松切換為升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。在升降壓電源中，可實(shí)現(xiàn)與降壓電源同等的特性、外圍部件小型化和削減開(kāi)發(fā)周期，有助于配備怠速啟停功能車輛的ECU等在短時(shí)間內(nèi)電壓發(fā)生顯著下降的應(yīng)用的穩(wěn)定工作和系統(tǒng)優(yōu)化。

如下圖所示，左邊降壓電路和右邊升壓電路的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一樣的，兩者結(jié)合起來(lái)就是一個(gè)升降壓電路。兩者的主要區(qū)別在于控制方式不同，傳統(tǒng)降壓回路的控制方式是對(duì)降壓功能和升壓部分進(jìn)行分別控制，也就是降壓部分和升壓部分需要分別進(jìn)行占空比控制，相當(dāng)于兩個(gè)大腦進(jìn)行協(xié)商，難免會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)路響應(yīng)特性比較差。

ROHM針對(duì)這個(gè)復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改善，即將升壓側(cè)的占空比設(shè)定為一個(gè)固定的輸出。也就是說(shuō)，無(wú)論回路的輸出輸入怎樣變化，升降側(cè)的占空比都是固定的。由于具備相同的占空比，那么環(huán)路的整體控制只需要依靠降壓側(cè)IC通過(guò)采集輸出電流的變化，或是輸入電壓的波動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)。相當(dāng)于使用一個(gè)大腦來(lái)進(jìn)行控制，從而降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，大幅提升了整體系統(tǒng)的響應(yīng)性能。

該芯片組由具備升壓功能的降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器“BD8P250MUF-C”和升壓專用IC“BD90302NUF-C”組成。核心器件“BD8P250MUF-C”中采用了新概念升降壓控制技術(shù)“Quick Buck Booster”，僅需在后端追加“BD90302NUF-C”，即可在不損害降壓電源在性能方面的特性優(yōu)勢(shì)的情況下成功構(gòu)建升降壓電源。

吳波表示，傳統(tǒng)的升降壓轉(zhuǎn)換器為了輸出側(cè)電壓的穩(wěn)定，一般要采用100μf以上的穩(wěn)壓電容才可以作為升降壓電源。而B(niǎo)D8P250和BD90302升降壓芯片組則可實(shí)現(xiàn)無(wú)負(fù)載時(shí)消耗電流8µA，并以44µF輸出電容容量實(shí)現(xiàn)輸出電壓波動(dòng)僅±100mV的穩(wěn)定工作。這意味著，該產(chǎn)品的消耗電流比普通產(chǎn)品低70%，輸出電容容量減少50%，非常有助于配備怠速啟停功能的車輛在短時(shí)間內(nèi)輸入電壓發(fā)生顯著下降的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作以及進(jìn)一步節(jié)能。 

另外，利用“Quick Buck Booster”的效果，還實(shí)現(xiàn)了以往無(wú)法實(shí)現(xiàn)的升降壓電源和降壓電源的電源PCB板、外圍部件、噪聲對(duì)策的通用設(shè)計(jì)，這也屬于業(yè)內(nèi)首創(chuàng)。因此，從降壓電源變身為升降壓電源僅需增加1枚升壓專用IC即可輕松實(shí)現(xiàn)，與升降壓電源和降壓電源分別設(shè)計(jì)的情況相比，開(kāi)發(fā)周期可縮減50%。

“對(duì)于無(wú)需應(yīng)對(duì)由電壓瞬變所引起電壓波動(dòng)的車輛，只采用降壓型DC/DC控制器就可以滿足ECU的供電要求。我們?nèi)绻槍?duì)不同的車型開(kāi)發(fā)不同的電源供電方案，會(huì)造成兩套方案同時(shí)開(kāi)發(fā)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。BD8P250和BD90302這兩個(gè)產(chǎn)品的組合可以在實(shí)現(xiàn)PCB板不進(jìn)行重新畫板的前提下，非常輕松的進(jìn)行降壓功能和升降壓功能的切換。”吳波說(shuō)。

隨著噪聲標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，低電磁干擾(EMI)的需求也日益高漲。“BD8P250MUF-C”利用擴(kuò)頻功能實(shí)現(xiàn)了低EMI，完全滿足汽車領(lǐng)域噪聲國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“CISPR25”，并具有余量。ROHM獨(dú)有的超高速脈沖控制技術(shù)“Nano Pulse Control”也可以始終在不干擾AM廣播頻段(1.84MHz Max.)的2.2MHz頻率下工作，對(duì)于最大36V的高電壓輸入，還實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)ECU的5V穩(wěn)定輸出。而且，同時(shí)實(shí)現(xiàn)車載ECU電源所需的“低電磁干擾性能”和“高電壓輸入、低電壓輸出，不干擾AM廣播頻段”，也有助于對(duì)噪聲性能要求高的車載系統(tǒng)穩(wěn)定工作。