1.轿车电子化进程对电源IC的要求
近年来,轿车的电子化开展迅速。环绕轿车的“高科技”电子设备的搭载越来越多,与传统的机械操控占比较大的年代比较,电子操控、电动设备所占份额变得十分大。估计轿车的电子化需求在未来也将仍然微弱。
轿车电子化的主要原因有3大关键词。
第一个关键词是”环保”(eco)。这在HV(混合动力轿车)、EV(电动轿车)向一般车辆的遍及过程中效果明显。其他,各轿车制造商之间的低油耗化竞赛也日益激化。这些打破是由杂乱且缜密的电子化操控来完成的,当然跟着HV、EV的遍及和油耗功用的进步,所搭载的电子设备还会持续添加。
第二个关键词是”信息与舒适”(comfort)。除作为出行东西之外,轿车更多被视为日用品,其智能化也在不断开展,例如能够下载并赏识喜爱的音乐,在路上即可轻松取得目的地的信息等。而为了完成这些功用,需求很多通讯相关的电子元器件。其他,与进步舒适性相关的电子化也在不断开展,无需钥匙即可开关车门和发动引擎的智能钥匙在一般车辆中已底子遍及等,使车内越来越成为更舒适的空间。
最终一个关键词是轿车不行短缺的”安全”(satefy)。多年以来,轿车的安全性多采纳强化车架钢性、碰击时的缓震以及对驾乘人员启用安全气囊等的风险发生”过后”的对策。可是,近年来跟着电子设备功用的进步,现已开端聚集风险发生”前”的对策。经过进步车载摄像头和车载传感器的精度与动作可靠性,现在完成轿车行进安全的电子设备现已被确立为一个重要的范畴,估计往后各种功用的安全设备将会相继开发并投入市场。
轿车用电源IC简直可用于任何电子设备,为完成这3大关键词,对“低静态电流”(待机电流低)、“低电压作业”、“小型化、大电流”等功用的要求越来越高(图1)。
(图1)近年来的电子化布景与需求
ROHM运用独有的电路规划,成功下降了静态电流,为轿车的低功耗化做出巨大贡献。例如,ROHM将完成了业界第一流其他6μA低静态电流的车载LDO系列“BD7xxL2EFJ-C / BD7xxL5FP-C”和完成了仅为ROHM以往产品1/100的22μA低静态电流的DC/DC转换器IC“BD99010 EFV-M / BD 99011EFV-M”投入量产,并取得客户高度好评。
2.高效化及其课题
刚刚说到伴跟着HV、EV的遍及和油耗功用的进步,所搭载的电子设备还会持续添加。这就使得电子元器件的高效化对油耗功用进步影响越来越大。
其间,电源IC因为衔接于输出端的一切电子元器件的耗费电流均会从中流过,而被定位为要求更高功率的电子元器件。
为满意这种高效化需求,对电源IC进行脉冲操控(PWM:Pulse Width Modulation和PFM:Pulse Frequency Modulation等)已成为必然趋势,但这种操控方法又会对周围元件发生噪音搅扰(图2)。
(图2)车载电源IC的品种与特色
车载用电子元器件因噪音搅扰而误动作,或许涉及到人身生命安全,因而,为使电子元器件在任何时候均可正常作业,产品有必要契合CISPR25(发射搅扰:发生搅扰侧的规范)和ISO11452(抗搅扰:遭到搅扰影响侧的规范)等电磁兼容相关的各种规范。
因而,对车载用产品来说,不阻碍其他设备(发射搅扰)、以及遭到其他设备阻碍时能坚持原本的功用(抗搅扰)是十分重要的。
EMC(Electromagnetic Compatibility)从EMI(发射搅扰)和EMS(抗搅扰度)两种功用兼备的必要性视点被称为“电磁兼容性”。
3.工艺的开展及其课题
工艺的微细化曾遵照摩尔规律迅速开展,但现在已不见以往的明显开展态势。
像电源IC这样的产品,耗电量较大的电源IC其功率损耗也大。其损耗成为热量,从IC经由PCB和封装发出到外部(图3)。
(图3)封装结构图(热阻)
在车载等运用时周围温度较高的环境下,抵达IC的运用温度上限的容许温差变小,然后有必要竭力操控其功率损耗导致的温升。因而,需求改进(下降)芯片的散热功用(热阻)。
热阻不只受封装的原料、引线结构的原料、固定芯片与结构的接合原料影响,遭到结构形状和芯片尺度的影响也很大。
遵从摩尔规律,芯片尺度越来越小,使热阻变高,即便耗费与以往相同的电量,芯片的温升也会增大。
跟着车载操控设备的电子操控/电动化开展,在被称为“渠道化”的布景下,电子元器件的商品化也自然而然不断开展。所以,即便热阻增高,下降芯片尺度也是必然选择。
为处理这些问题,进行操控设备的归纳散热规划,使IC与PCB热阻平衡变得越来越重要。
4.车载EMC对策例
如前所述,车载电子元器件有必要契合CISPR25(发射搅扰:发生搅扰侧的规范)和ISO11452(抗搅扰:受搅扰影响侧的规范)等电磁兼容相关的各种规范。
这些噪音搅扰依据传输途径,可分为直接经布线传输的传导噪音和经空气传输的辐射性噪音(图4,5)。
(图4)同一PCB板上的噪音传输途径
(图5)来自PCB板间及PCB板外部的噪音传输途径
输入滤波器作为传导噪音对策十分有用。
以Π型滤波器为做为底子型,针对未满意规范的频段,并联阻抗较低的旁路电容。
下面的运用实例DC/DC转换器IC“BD90640EFJ-C”便是选用以上这种噪音对策运用示例。
在图7的示例中,关于AM频段噪音,运用Π型滤波器使之衰减;关于CB~FM频段噪音,选用谐振频率在20MHz左右的旁路电容使之衰减,以满意CISPR25-Class5(图6)要求。
(图6)CISPR25传输搅扰的极限值
(图7)经过输入滤波器作为传导噪音对策示例
可是,在90MHz邻近有噪音残留,因而,经过再添加谐振频率为100MHz左右的旁路电容,然后使一切频段均满意了Class5的要求。
最终,请留意,因为作为噪音对策所运用的%&&&&&%的频率特性因电压、温度依存性、尺度及零部件厂家不同而不同,因而需求在运用前向厂家进行承认。
5.散热对策时的留意事项
如前所述,跟着电子元器件向小型化开展,其发热密度变高,因而,不只保证配套设备全体的正常作业难度添加,并且保证寿数、可靠性也越来越难。
防止发生这些问题的散热规划技能已成为十分重要的要素。
一般,只需知道PCB板贴装时IC的热阻θJA和功耗,或封装顶部中心温度TT热功用参数ΨJT,即可知道IC大致的结点(接合部)温度Tj。怎么将该结点温度Tj操控在肯定最大额定值以下是热规划的底子。
此刻有必要要留意的是电子元器件的热阻的界说。不同的厂家其界说、条件不同,这添加了热规划的难度。虽然有JEDEC(半导体规范协会)拟定的JESD51规范系列等,但因参半导体厂家的了解不同,使得条件并未到达1对1的一致性,这是普遍现象。因而,在配套产品规划阶段需求留意。
一般半导体厂家界说的热阻值是依据JESD51-2A(在305mm见方的外罩所围住的无风空间里,将安装了1个IC的PCB板固定的状况)丈量的,与配套产品实践的运用环境差异较大。
例如,图8左端的PCB板条件为电子元器件的标准书上记载的条件。
(图8)电子%&&&&&%的温升与集成度联系
如中图所示,当配套产品运用多个该部件时,在很挨近的状况下装备会使每个部件的有用散热面积削减。留意,这就意味着因热阻添加导致各部件的温度上升。
车载范畴很多ECU等运用的电源IC,一起也是咱们身边的电子设备不行或缺的产品。ROHM运用所拿手的模仿技能,打造出AC/DC转换器IC及DC/DC转换器%&&&&&%等从一次侧到二次侧适用各种设备的丰厚的产品阵型。未来,ROHM还将发力满意前述的各种客户需求的归纳运用,进一步完善产品阵型。