如今，全球主要的汽車制造商為了應(yīng)對環(huán)境問題，都在規(guī)劃HEV和EV的開發(fā)與擴(kuò)大投入。然而，由于EV以電池和電機(jī)為主動力，在現(xiàn)階段，與燃油動力車相比，行駛距離較短，要實(shí)現(xiàn)普及還存在諸多課題。因此，以歐洲已普及的高效低油耗柴油發(fā)動機(jī)為基礎(chǔ)，在其上附加混合動力系統(tǒng)的柴油混合動力的開發(fā)日益進(jìn)步。
在這種情況下，汽車制造商提出了環(huán)保、高附加值、高功能的配件開發(fā)需求。與以往一樣，伴隨這些汽車制造商的發(fā)展動向，車載應(yīng)用的多功能化日益發(fā)展，車用電子配件呈逐年增加趨勢。另外，即使是面向新興國家的低成本車、小型車也一樣，對于汽車開發(fā)來說，電子配件的增加是不可避免的，而且，產(chǎn)品越來越需要比以往任何時候更注重制造成本與附加值。
此次，將介紹一下車載半導(dǎo)體中使車載應(yīng)用程序工作所必需的電源。電源IC可分為系列電源和開關(guān)電源兩大類，羅姆的電源開發(fā)不僅要滿足前述要求，而且在每種電源開發(fā)中一直致力于新技術(shù)的開發(fā)。當(dāng)然，電源IC的高頻動作化、高效化等基本性能特性提升是首當(dāng)其沖的，除此以外，羅姆不斷推進(jìn)滿足市場特有需求的電源IC的開發(fā)。其巨大的要求之一是“消耗電流更低”。這屬于市場需求中的“附加值”范疇。
為“車載半導(dǎo)體”量身定制“電源IC”新技術(shù)
隨著車載配件使用數(shù)量的增加，當(dāng)務(wù)之急是降低每一個配件所需的消耗電流。針對這種情況，為實(shí)現(xiàn)車載應(yīng)用中的更低功耗，往往通過最大限度地控制常時工作所需的配置來實(shí)現(xiàn)低功耗化。而“電源IC的低功耗化”技術(shù)則需要滿足每一個配件的低功耗化和上述常時工作微控制器電源的低功耗化需求。
圖1：停車時動作功能示例。
發(fā)動機(jī)未啟動僅電池通電時車的待機(jī)狀態(tài)和停車時（熄火）等工作的功能，其低功耗尤為重要。在發(fā)動機(jī)未啟動時，有空調(diào)、電動車窗等；近來，隨著電動助力轉(zhuǎn)向化的發(fā)展，一般都配置發(fā)動機(jī)停止時的轉(zhuǎn)向角檢測等功能；在停車時（熄火），有汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、時鐘等（圖1）。這些功能的電力都由主電池、蓄電池供給。
另外，由于汽車是以整車狀態(tài)進(jìn)行長時間運(yùn)輸?shù)模虼朔e蓄在電池中的電量在運(yùn)輸中逐漸消耗，到達(dá)目的地時，有時會發(fā)生電池電量耗盡的情況。作為對策，往往采用摘掉電池的方法進(jìn)行運(yùn)輸，但到達(dá)目的地時需要安裝，增加了工序，整體制造成本增加。所以，隨著汽車的多功能化發(fā)展，降低電池耗電成為當(dāng)務(wù)之急。作為這些問題的對策，降低電源IC的消耗電流是很有效的手段（圖2）。
圖2：汽車的低消耗電流化。
LDO技術(shù)革新：電路電流低至6μA
在系列電源領(lǐng)域，羅姆從2005年開始開發(fā)了當(dāng)時世界頂級低消耗電流LDO（Low Drop Out）--BD393x/394x系列。該系列產(chǎn)品的電路電流僅為30μA，表現(xiàn)非常優(yōu)異；同時，還是作為車載IC具備可在苛刻條件下使用的高可靠性的IC產(chǎn)品。其后羅姆繼續(xù)走在系列電源低功耗化領(lǐng)域的前沿，此次，又開發(fā)出消耗電流更低的BD7xxLx系列。該系列產(chǎn)品的消耗電流僅為車載應(yīng)用中所需消耗電流的1/3以下，電路電流與以往IC相比降低到1/5，僅為6μA（圖3）。這是車用電源IC領(lǐng)域中全球頂級低消耗電流的LDO產(chǎn)品。
圖3：羅姆電路電流的推移。
BD7xxLx系列產(chǎn)品不僅在負(fù)載電流為“0”時的電路電流很少，而且在有輸出負(fù)載經(jīng)過時，IC本身的電路電流也不會增加。這也是力求區(qū)別于其他電源IC之處。雖然依存于負(fù)載電流的電路電流的增加量與負(fù)載電流相比較少，但車輛要求的高溫環(huán)境中，電路電流的功耗可能會成為問題，因此羅姆致力于實(shí)現(xiàn)徹底的低消耗電流化。但是，要實(shí)現(xiàn)更低消耗電流存在幾個瓶頸。為了解決這些瓶頸，需要利用羅姆積累的技術(shù)及其應(yīng)用（圖4）。
圖4：低待機(jī)電流化的瓶頸。
為了抑制消耗電流必須內(nèi)置大電阻，這樣無法比以往產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步小型化，從而導(dǎo)致芯片尺寸增加、制造成本增加。這對于低成本化來說是巨大的障礙。另外，內(nèi)置大電阻時，可能容易受到外部噪音的影響。
另外，即使不是大電阻，由于采用低消耗電流技術(shù)的電源IC的電流值很小，更容易受外部噪音的影響。因此，確保產(chǎn)品的抗噪音性能比以往任何時候都尤顯重要。
其次，還有電路響應(yīng)性惡化問題。減少電路電流就會減少驅(qū)動電流，直接導(dǎo)致電路動作延遲。因此，擔(dān)心IC輸入變動時的輸出穩(wěn)定性等會因電路動作延遲而比以往惡化，還擔(dān)心導(dǎo)致IC啟動時的延遲啟動時間增加。電源IC的輸入端子直接連接于電池，電池電壓雖然在一定程度上保持穩(wěn)定，但并不能定位為穩(wěn)定的電源裝置。特別是當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動時和車輛的各功能工作時，電池電位會變動。所以，輸入電壓變動時的輸出電壓穩(wěn)定性是重要的特性。
再者，高溫工作下容易受泄漏電流的影響，這也是問題之一。泄漏電流雖然微小，但由于內(nèi)置前述大電阻，因此泄漏電流與內(nèi)置電阻產(chǎn)生的電壓引起誤動作的可能性很高。
羅姆的新商品群BD7xxLx系列針對這些瓶頸、擔(dān)心，利用一直以來積累的待機(jī)電流電路技術(shù)，通過導(dǎo)入新電路、優(yōu)化布局等，成功開發(fā)出實(shí)現(xiàn)業(yè)界頂級低消耗電流、同時具備與以往電源IC同等的基本特性的商品。
該系列商品的產(chǎn)品陣容中，具備3.3V、5.0V兩種輸出電壓，根據(jù)用途具備200mA與500mA兩種輸出電流能力。封裝為SMD封裝、支持基板更節(jié)省空間的SOP型封裝等，從小型封裝到散熱特性卓越的封裝，具備滿足客戶使用用途的強(qiáng)大陣容（圖5）。
圖5：BD7xxLx系列產(chǎn)品陣容。
SLLM推進(jìn)開關(guān)電源的低待機(jī)電流化
在開關(guān)電源領(lǐng)域，羅姆正在開發(fā)實(shí)現(xiàn)20μA待機(jī)電流的系列產(chǎn)品。不僅實(shí)現(xiàn)以往開關(guān)電源在重負(fù)載時的高效率，而且通過SLLM(Simple Light Load Mode：簡單輕負(fù)載模式)在輕負(fù)載時也可實(shí)現(xiàn)低消耗電流、高效率，其特點(diǎn)是有助于上述LDO同樣待機(jī)電流的設(shè)計(jì)。
開關(guān)電源的低待機(jī)電流化也存在與LDO同樣的瓶頸，但開關(guān)電源還存在比LDO電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜且構(gòu)成要素較多的問題，由于驅(qū)動IC的消耗電流要素增加，而且正在進(jìn)行開關(guān)動作，因此降低開關(guān)電路的功耗通常較為困難。另外，在過負(fù)載時通過開關(guān)動作可以抑制功率損耗，但輕負(fù)載時很難保持其效率。
本系列產(chǎn)品，在負(fù)載小時自動切換為SLLM。這種SLLM是抽取不要的開關(guān)脈沖，在下一次開關(guān)開始之前的區(qū)間，僅由必要的、最低限度的控制電路工作，其他電路在低消耗電流狀態(tài)下待機(jī)。
羅姆的車用開關(guān)電源，通過導(dǎo)入這種SLLM，實(shí)現(xiàn)了輕負(fù)載時的低功耗化，而且過負(fù)載時的功耗與以往產(chǎn)品相比也能保持一樣的效率。
開關(guān)電源與系列電源相比，因其高效性被定位為配件使用數(shù)量增加帶來的發(fā)熱、負(fù)載電流增加等問題的有效對策。系列電源與開關(guān)電源相比，因外置配件較少、電路結(jié)構(gòu)簡單等而在成本方面占有優(yōu)勢。系列電源與開關(guān)電源往往根據(jù)情況被區(qū)分使用，但今后開關(guān)電源應(yīng)該會成為低功耗電源的主流。
綜上所述，作為羅姆未來的開發(fā)方向，將是針對低功耗設(shè)計(jì)的市場需求，不僅降低電路電流，而且通過提高開關(guān)電源的功率轉(zhuǎn)換效率（90％以上）和開關(guān)動作頻率（2MHz以上），從而實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)性以及線圈電容等配件的小型化等，不斷加強(qiáng)完善羅姆產(chǎn)品陣容的開發(fā)。 |
