ROHM新品BD9P系列解讀：車載一次DC/DC轉(zhuǎn)換器，燃油車專用

十年前，汽車的駕駛艙里只有機(jī)械式的儀表和外加按鈕式的空調(diào)面板?，F(xiàn)在，全液晶儀表盤和大尺寸的中控娛樂顯示屏已成為標(biāo)配，更高級點的還配有抬頭顯示系統(tǒng)（HUD）、電子后視鏡、高級輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）。汽車上的電子設(shè)備種類多樣，其工作電壓也不盡相同，但電池和發(fā)電機(jī)的輸出電壓是固定數(shù)值，無法改變。這時就需要加入電源IC，將電池輸出的電壓轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備需要的工作電壓。

什么是電源IC呢？

我們知道，在傳統(tǒng)燃油汽車上有兩個電源，分別是發(fā)電機(jī)和電池，輸出電壓范圍一般是10V~16V。而汽車的電子設(shè)備，如MCU、電機(jī)驅(qū)動器、LED驅(qū)動器等，有不同的工作電壓。我們需要在中間接入一系列的一次電源與二次電源，將電池電壓轉(zhuǎn)換為適合后段元器件的電壓。這里的一次電源與二次電源就是電源IC。根據(jù)需求不同，可以在一次電源后直接連接元器件，也可加入一個二次電源后再連接元器件。

車載一次DC/DC轉(zhuǎn)換器BD9P系列

2020年11月19日，全球知名半導(dǎo)體制造商羅姆半導(dǎo)體召開線上發(fā)布會，宣布推出新產(chǎn)品——耐電池電壓波動的車載一次DC/DC轉(zhuǎn)換器BD9P系列。據(jù)介紹，BD9P系列可在電池的輸入電壓波動時穩(wěn)定工作；利用新型控制方式，同時具備原本存在矛盾關(guān)系的高速響應(yīng)和高效率優(yōu)勢；采用ROHM自有的電源技術(shù)Nano Pulse ControlTM，實現(xiàn)高壓降比；與連接在它后段的二次DC/DC轉(zhuǎn)換器BD9S系列相結(jié)合，還可組成高效且高速的車載電源電路。

特點一：穩(wěn)定工作

汽車的電池電壓在引擎發(fā)動時會有較大的波動。圖1是一次級電壓輸出波形對比，綠色是電池電壓，藍(lán)色是普通產(chǎn)品輸出電壓的表現(xiàn)，紅色是BD9P系列傳輸電壓的表現(xiàn)。當(dāng)引擎發(fā)動時，電池電壓下降到谷底；引擎停止時，電池電壓恢復(fù)正常。在電池電壓恢復(fù)正常的過程中，普通DC/DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的會出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，輸出電壓有一瞬間會升高，導(dǎo)致后面連接的元器件過壓損壞。

圖1

BD9P系列采用全新輸入電壓檢測方式，即使電池電壓波動時也不會過沖，可穩(wěn)定工作。與普通產(chǎn)品相比，BD9P系列能夠?qū)㈦妷翰▌訒r的輸出過沖抑制在1/10以內(nèi)，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出?？蛻粢膊辉傩枰砑右酝鳛檫^沖對策所必需的輸出電容器，降低了整體方案的成本。

特點二：高效率

以往的產(chǎn)品為了確保高速響應(yīng)的性能，通常需要較大的驅(qū)動電流。BD9P系列利用新技術(shù)，降低電路內(nèi)部電流，使消耗電流降至以往的1/3左右，約10μA以下；既堅固了高速響應(yīng)，同時又可以實現(xiàn)高效率。圖2右側(cè)是BD9P系列與兩款普通產(chǎn)品的功率轉(zhuǎn)換效率對比，粉色區(qū)域代表負(fù)載較低的情況，可以看到BD9P系列在1mA負(fù)載電流下，功率轉(zhuǎn)換效率可達(dá)85%；高負(fù)載情況下，BD9P系列在1A負(fù)載電流下，功率轉(zhuǎn)換效率高達(dá)92%；從輕負(fù)載到高負(fù)載，BD9P系列都實現(xiàn)了出色的高效率。與其他兩款普通產(chǎn)品相比，BD9P系列可在更寬的負(fù)載電流范圍實現(xiàn)高效率。好處是：無論汽車在行駛的過程中或者是引擎啟動時，整體的產(chǎn)品功耗都可以做到較低的水平，實現(xiàn)了客戶節(jié)能化的需求。

圖2

特點三：高壓降比

BD9P系列采用ROHM自有的電源新技術(shù)Nano Pulse ControlTM，可以實現(xiàn)更高的電壓轉(zhuǎn)換比，即從輸入電壓轉(zhuǎn)化為輸出電壓的壓降比。對于最大40V的高電壓輸入，可實現(xiàn)由后段元器件驅(qū)動的3.3V～5.0V級穩(wěn)定輸出。

在車載應(yīng)用里，一些產(chǎn)品對輻射噪聲有嚴(yán)格要求。圖3紅色虛線框中的噪聲頻段是AM廣播頻段，最高是1.84MHz。BD9P系列的工作頻率是2MHz，不會對其產(chǎn)生干擾。而且工作頻率高的DC/DC轉(zhuǎn)換器，在外圍選型時，可以用更小的電感器件，進(jìn)一步實現(xiàn)了客戶小型化的需求。另外，BD9P系列還內(nèi)置了展頻功能；打開此功能，可使尖峰噪音得到較大改善，更有利于解決EMC噪音干擾。

圖3

參考設(shè)計REFRPT001

圖4是ROHM最新推出的參考設(shè)計評估板，它上面搭載了一次電源、二次電源總共八顆。在評估板中間的兩顆IC就是新發(fā)布的一次電源BD9P系列，上方的輸出是5V、1A，下方的輸出是3.3V、2A。評估板的右側(cè)是一系列的二次側(cè)電源，除了其中一顆SOP-8封裝的是LDO之外，其他的是二次側(cè)DC/DC“BD9S系列”，它的封裝根據(jù)電流能力不同，有2mm×2mm的封裝和3mm×3mm的封裝。最下面的是ROHM超小型封裝的PMOS，作為負(fù)載開關(guān)使用。

該參考設(shè)計的應(yīng)用場景是給ADAS或者是inFORM模塊所需的電源系統(tǒng)來供電，比如給CAN供電、MCU供電和SOC供電。這塊板子上還搭載了ROHM的監(jiān)視IC，在芯片的最上方和最下方，每一個監(jiān)視IC可以監(jiān)控四路的電源輸出，這樣板子上搭載的八路電源都可以得到監(jiān)控，一旦發(fā)生故障對應(yīng)的LED指示燈就會被點亮。

最后，整塊板子已經(jīng)做了EMC對策，比如電源輸入端追加了濾波電路，也可以通過上下的跳線來開啟一次側(cè)DC/DC的展頻功能，客戶可以參考該板子的電路設(shè)計和PCB設(shè)計來應(yīng)用到他們的產(chǎn)品中。

圖4

REFRPT001參考設(shè)計評估板 實物圖

Q&A

問：新技術(shù)防止過沖問題，主要是采用了全新輸入電壓方式，想進(jìn)一步了解一下這種檢測方式新在哪里，是否是ROHM獨家技術(shù)，與原有檢測方式有何不同？

答：ROHM是在一個非常小的功耗電流情況下來實現(xiàn)這個技術(shù)，同時滿足了過沖技術(shù)以及小電流的兩個方式的結(jié)合，因為我們知道這兩個方式其實是一個矛盾的兩方面，是有個權(quán)衡的關(guān)系在里面的。ROHM既能做到過沖對策，又能做到小電流，這是一個新的點。另外一個是檢測機(jī)制，對于輸入電源，一般情況下轉(zhuǎn)換器是對于輸出變動會有一個反饋，這次加入了輸入電源變動的反饋，它的響應(yīng)速度會更快。

問：BD9P系列有兩種封裝，不同封裝針對的是什么應(yīng)用？

答：兩種封裝，一個是QFN的封裝，是四邊無引腳封裝，QFN的封裝是比較小的，但是另一個SOP的封裝是大一點的，帶引腳。 一般客戶會根據(jù)自己產(chǎn)線的情況或者PCB面積情況選擇不同封裝，QFN偏向小型化，而SOP有的客戶認(rèn)為可靠性更高散熱也好一點。

問：BD9P系列可以用于48V電池系統(tǒng)嗎？

答：我們9P系列是用于12V電平的燃油車，耐壓規(guī)格是40V。對于您說的48V是48V輕混新能源汽車?yán)锸褂?。電池電壓?8V，耐壓規(guī)格是70V。我們的BD9P是用在12V左右的汽車?yán)锩?，用?8V車是我們以前發(fā)布過的一個叫BD90系列，是用在48V的汽車?yán)锩?，可?8V直接轉(zhuǎn)成3.3V。

結(jié)語

本次發(fā)布的新品已于2020年10月開始以月產(chǎn)5萬個的規(guī)模投入量產(chǎn)，樣品價格為500日元/個，不含稅。REFRPT001參考設(shè)計評估板的設(shè)計方案和測試報告已在ROHM官網(wǎng)上公布。用戶可以利用參考板、官方開發(fā)工具以及ROHM免費提供的在線仿真工具“ROHM Solution Simulator”，實現(xiàn)接近實際使用的仿真，大幅減少應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計負(fù)擔(dān)。