当你完成更严厉的排放和燃油经济性规范、48V锂离子电池技能、能量搜集,以及比如电子助力转向(EPS)、线操控动(BBW)和暖通空调(HVAC)体系等大功率运用时,你会从中得到什么?你会得到针对轿车电池体系产生底子改动的完美环境,它在未来十年将给半导体供货商发明巨大的有利时机。
图1:为了应对轿车电子商场的当时大趋势,Intersil公司开发了要害技能
在轿车的电气化方面并没有什么新东西呈现。事实上,在上世纪90年代,一些立异考虑者致力于42V规范,使现有12V体系的电压明显进步,并推进了从转向到照明各种子体系的电动机的呈现。但使这些运用可以脱离12V电源的其他立异,以及运用更大电池组来支撑更高电压的主意,一直未能占有主导地位。
图2:12V转48V体系
在许多推进要素的一起效果下,轿车的混合动力化已从概念变为实践,并为半导体供货商发明了一个全新的立异范畴。大多数轿车制造商对2015年新车型所选用的新规范被称为48V BoardNet。这一次的改变是实实在在的,并且电池技能的开展一直是一个要害要素。尽管体系中依然运用传统的铅酸电池来支撑12V网络为“轻”负载供电,但48V锂离子电池供给的独立48V网络可支撑包含助力转向、高端音频体系和HVAC体系在内的主要功能体系(图3)。除了有更高的充电量,锂离子电池还具有高得多的能量密度和轻得多的分量。
图3:转向48V规范解决方案列表
高电压优势
在轿车运用中支撑高压的才干为进步轿车功率带来了许多时机。低速以及走走停停的行进不只不再糟蹋汽油,并且可以成为一个能量搜集来历,所搜集的能量可存储在电体系中并从头使用,终究到达下降油耗的意图。例如,精确的电池办理可添加功率并延伸电池寿数,这使得轿车“一直在线”并与智能手机通讯,然后长途发动制冷或加热体系以及施加或解除警报和信息文娱体系的需求可以愈加简单完成。
适宜技能的交融、要求下降油耗的监管环境和完成大幅动力节约的时机,将有望转化为对轿车支撑更高电压规范的需求的微弱添加。据Lux Research猜测,以2015年为选用微混技能的第一个年初,48V微混商场的规划在2024年将到达7.88亿美元。前期选用将集中于高级车,全球需求将由欧洲、美国和我国所引领。
对半导体供货商而言,转向48V规范是一个严重举动,由于这需求高得多的才干水平来供给牢靠但一起又经济的解决方案。现在只要极少量供货商可以供给高达72V的轿车级解决方案,为支撑48V规范供给所需的裕量。规范高压工艺并不能现成地用于精细转化器和放大器等混合信号器材。所以供货商纷繁开发专有工艺技能来经济地供给高压工艺要求的精度。
严厉的技能要求为了解轿车商场的严苛要求并知道怎么满意这些要求的供货商供给了时机。例如,这一立异直接影响驾乘体会的少量要害范畴,如起停运用的办理、安全和功率。
在混合动力车起停运用中,包含报警、信息文娱、后视摄像头号在内的许多体系都可能在起停操作中呈现毛刺信号时被意外封闭。因而,升降压器材坚持输出功率(甚至在输入电压下降到低至1.8V的情况下)的才干至关重要,这样这些体系才干持续发挥效果。
安满是另一个重要问题。混合动力/电动车可能有96~190个电池单元。要想精确地监测电池单元的电压、电流和温度,并牢靠地传输这些监测信息,对坚持轿车的安全行进至关重要。这一传输有必要具有高性价比,削减导线数量并添加牢靠性。Intersil公司开发了一种立异的支撑长线的菊花链通讯协议。这替代了将电池模块、均衡IC、MCU和CAN接口连接到中心操控单元的传统办法,避免了该办法本钱昂扬和形成许多潜在毛病点的缺点。
当然,面向该商场的任何IC技能都需求精确性。例如,Intersil用立异电源解决方案使每个电池单元的电压监控精度到达3mV,然后供给了高达10%的功率进步。在实践运用中,这意味着轿车行程可从100英里添加到110英里。或许,以电池组的寿数来说,一般其可以确保长达10年的电池寿数。功率进步10%可使电池寿数延伸一年。
最终,灵活性也非常重要。不断开展的电源需求和新规范添加了轿车OEM厂商及其合作伙伴规划电源体系的复杂性。可以创立一种规划并使之适用于不同的电源体系负载,一起支撑12V、24V和48V电压总线要求,可明显节约时间和本钱。Intersil专门规划了一种高集成度和多功能的降压转化器,来支撑从高压总线(Vin——一般为12V、24V或48V)到低压总线(Vout——一般为3.3V、5V或12V)的轻松转化。集成峰值电流形式同步PWM操控器和集成上管及下管FET驱动器使功率得到了进一步进步。
还有更多立异会连续呈现,未来十年,信任轿车商场将成为半导体范畴许多最重要电源技能打破的试验场。