廠(chǎng)商談汽車(chē)半導體技術(shù)趨勢之模擬器件

模擬器件

　　5.1 開(kāi)關(guān)電容器充電泵穩壓器受關(guān)注

　　凌力爾特公司電源管理產(chǎn)品副總裁Don Paulus：預計至少在未來(lái)的幾年時(shí)間，模擬器件增速將高于行業(yè)的整體水平。這是由于電子裝置取代了傳統的機電和液壓系統，因此一部標準的中型車(chē)輛如今包含了 100 多個(gè)處理器和幾十臺電機。車(chē)輛中分布式系統和診斷功能的激增對數字通信提出了更高的要求，這反過(guò)來(lái)又推動(dòng)了數據速率的提高以及數字收發(fā)器需求量的增加。

　　歷史上，線(xiàn)性穩壓器一直用于數字處理器、收發(fā)器和相關(guān)組件提供穩壓的電源。但是隨著(zhù)功率需求的增加，使用線(xiàn)性穩壓器帶來(lái)的問(wèn)題越來(lái)越多。線(xiàn)性穩壓器是簡(jiǎn)單和低成本器件，其具有非常緊湊和易于設計的應用電路。不過(guò)，當用于把汽車(chē)電池電壓轉換為數字組件所需的低電壓時(shí)，此類(lèi)穩壓器的效率低下。

對于系統設計師而言，一種替代方案是用開(kāi)關(guān)模式 DC/DC 轉換器來(lái)取代線(xiàn)性穩壓器。開(kāi)關(guān)電源具有很高的效率，但也帶來(lái)了其特有的難題，包括電感器的選擇和供應、環(huán)路補償和降低輻射 EMI、以及解決方案相對復雜和占板面積較大等。

　　傳統線(xiàn)性穩壓器應用的第二種替代方案是開(kāi)關(guān)電容器充電泵穩壓器。此類(lèi)組件既擁有線(xiàn)性穩壓器解決方案緊湊和簡(jiǎn)單易用的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又縮小了線(xiàn)性穩壓器與開(kāi)關(guān)穩壓器之間的效率差距。凌力爾特提供了一個(gè)非常適合于這類(lèi)應用的高電壓充電泵穩壓器系列。例如：LTC3255 可采用一個(gè)范圍為 4V~48V 的輸入電壓提供高達 50mA 的負載電流，故障保護范圍則為 -52V 至 60V。其無(wú)負載靜態(tài)電流僅為 20µA。從 12Vin 至 5Vout 轉換的效率高于 80%，而從 12V 至 3.3V 轉換的效率則為 55%，產(chǎn)生的功率損耗僅為線(xiàn)性穩壓器的大約 50%。與線(xiàn)性穩壓器不同的是，充電泵亦可用于負輸出和降壓-升壓型應用。

　　5.2 48V系統帶來(lái)新的機會(huì )

　　Intersil公司精密產(chǎn)品副總裁Phillip Chesley：電源管理領(lǐng)域隨著(zhù)汽車(chē)采用新48V系統而產(chǎn)生新的機會(huì )。汽車(chē)電子向48V的升級需要可靠且兼顧性?xún)r(jià)比的解決方案，這其中對技術(shù)水平要求之高，對半導體廠(chǎng)商而言確實(shí)是個(gè)非常大的挑戰。目前僅有極少供應商能夠提供60V汽車(chē)級的解決方案，以提供支持48V標準所需的設計裕量。因為標準高壓工藝的輸出電壓精度和紋波并不支持混合信號器件，如精密轉換器和放大器，所以許多供應商都在開(kāi)發(fā)能夠在高壓工藝中經(jīng)濟地提供所需精度的技術(shù)。

　　需要強調的是，對于汽車(chē)電子系統而言，對電源效率的要求同樣是必不可少的。例如，Intersil通過(guò)創(chuàng )新電源解決方案使HEV(混合動(dòng)力系統)和pHEV(插電式混合動(dòng)力)的效率提升了10%(通過(guò)監測和平衡電池芯電壓的精度至2.3 mV)。該項數據的提升在實(shí)際應用中的體現，意味著(zhù)駕駛距離可從100英里增加到110英里。再以電池組的壽命為例，電池組的保修期通常為10年，10%的效率提升意味著(zhù)其壽命可延長(cháng)一年。

　　汽車(chē)電子系統未來(lái)將有三大發(fā)展趨勢：首先，最令人激動(dòng)的是電源管理領(lǐng)域隨著(zhù)汽車(chē)采用新48V系統而產(chǎn)生新的機會(huì );其次，安全及駕駛員輔助功能的需求，為信息娛樂(lè )系統的增長(cháng)注入了新的動(dòng)力。例如美國最近出臺了要求汽車(chē)配備后視攝像功能的規定等，而且世界其他地區也有類(lèi)似法規正在制定之中，我們確信它將在全球范圍內成為中高端汽車(chē)的標準配置;第三，動(dòng)力傳動(dòng)系統的電氣化趨勢，這將是為Intersil帶來(lái)長(cháng)期增長(cháng)的另一個(gè)重要需求。

　　電源技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步已使得混合動(dòng)力汽車(chē)更加向市場(chǎng)主流靠攏。電池技術(shù)的演變一直是其中一個(gè)重要因素。雖然傳統鉛酸電池仍然被用于汽車(chē)電子系統為了支持面向‘輕’負載的12V網(wǎng)絡(luò )所采用。但在可見(jiàn)的未來(lái)，可提供48V電壓的鋰離子電池將成為汽車(chē)電子更可靠的電源來(lái)用，用以支持包括制動(dòng)在內的諸多重要功能性系統。除有更多電量外，鋰離子電池還有較高的能量密度，而且重量輕。在制動(dòng)系統中，這意味著(zhù)它們更適合于在制動(dòng)器使汽車(chē)減速時(shí)進(jìn)行能量收集。

　　靈活性對于與我們合作的OEM廠(chǎng)商同樣非常重要。不斷變化的電源要求和標準給汽車(chē)OEM廠(chǎng)商及其負責設計電源系統的合作伙伴制造了越來(lái)越多的難題。開(kāi)發(fā)一種設計并將其重復、兼顧、可靠的用于各種電源系統負載以及支持12V、24V和48V要求的能力可大幅縮短研發(fā)周期、顯著(zhù)降低成本。為此，Intersil專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一種高集成度、多用途降壓轉移器，專(zhuān)用于幫助實(shí)現從高壓主軌(通常為12V、24V或48V)向低壓輔軌(通常為3.3V、5.0V或12V)的輕松轉換。其集成式峰值電流模式同步PWM控制器和集成式高邊及低邊FET驅動(dòng)器進(jìn)一步提升效率。

　　5.3 半導體配合汽車(chē)電子的關(guān)鍵趨勢

　　安森美半導體中國區應用工程總監吳志民：半導體技術(shù)不斷配合汽車(chē)電子的關(guān)鍵趨勢。例如安森美半導體配合整車(chē)廠(chǎng)在新車(chē)型中應用自動(dòng)“啟動(dòng)/停止”(Start/Stop)功能，當汽車(chē)因為堵車(chē)或等紅燈而停下來(lái)時(shí)，這種創(chuàng )新的系統自動(dòng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(熄火);而當駕駛人的腳從剎車(chē)踏板移向油門(mén)踏板時(shí)，就自動(dòng)重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(點(diǎn)火)。這就幫助降低不必要的油耗，降低排放。

　　又如，LED已經(jīng)廣泛應用于汽車(chē)外部及內部的照明。由于LED尺寸小，能夠配合美觀(guān)別致的前照燈系統外觀(guān)造型設計，還能幫助提升汽車(chē)的主動(dòng)安全性。例如，基于LED的自適應前照燈系統(AFS)可以改善夜間轉彎照明。

　　汽車(chē)應用也需要優(yōu)化發(fā)動(dòng)機及變速箱控制，采用更加優(yōu)化的傳感器及傳感器接口，以及用于車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的LIN、CAN和FlexRay收發(fā)器等。

　　由于汽車(chē)應用環(huán)境空間受限，同時(shí)也面對高溫等問(wèn)題，用于汽車(chē)應用的半導體需要提升集成度，采用小巧及更高熱效率的封裝，減小占位面積，并提升耐高溫工作能力。如應用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火模塊的IGBT，要求減小尺寸，提升長(cháng)期可靠性及提高保護等級等。

　　5.4 DC/DC轉換器和充電器等多種電源集成

　　國際整流器公司(IR)技術(shù)市場(chǎng)和銷(xiāo)售執行總監Marc LeGrain：汽車(chē)電子技術(shù)最為重要的課題之一便是電池電壓從12V(目前的鉛酸電池)提升到48V和400V(鋰離子電池)。這種變化要求將汽中車(chē)的DC/DC轉換器和充電器等多種電源進(jìn)行集成。

　　為了解決電池板網(wǎng)電壓提升的問(wèn)題，IR特別針對汽車(chē)應用等產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)出像IGBT這樣可以耐受最高1200V的擊穿電壓的半導體。逆變器要求優(yōu)化的IGBT技術(shù)，它將導通和開(kāi)關(guān)損耗以及短路性能進(jìn)行折中，而轉換器正在采用超快速的IGBT，可以允許最高達200kHz的開(kāi)關(guān)頻率，以降低濾波的成本和占位面積。

　　電子產(chǎn)品供應商也在努力開(kāi)發(fā)創(chuàng )新型技術(shù)，提高電流密度，以實(shí)現電動(dòng)機械環(huán)境中的電子產(chǎn)品的集成，因此，那些要求線(xiàn)纜和連接器的單個(gè)的電子模塊將被取代。這些開(kāi)發(fā)大大縮減了系統成本和尺寸。在最近的幾個(gè)季度，出現了大量的封裝創(chuàng )新，用以提高功率密度和縮減系統尺寸。

　　5.5 IGBT和MOSFET的重要性

　　飛兆半導體資深技術(shù)專(zhuān)家兼技術(shù)市場(chǎng)工程師Gary Wagner：功率電子將在汽車(chē)應用中發(fā)揮更多重要的作用。由于汽車(chē)制造商需要設計對環(huán)境影響更小、更高效的車(chē)輛，將汽車(chē)系統電氣化變得必不可少。分立功率技術(shù)比如有更出色短路保護性能、擎住效應抵抗力更強、更低飽和壓降的場(chǎng)截止溝道IGBT，以及低導通損耗、增強的開(kāi)關(guān)性能的超結MOSFET技術(shù)將使這些電氣系統得以推廣。另外的趨勢是對電源管理和包括診斷能力在內的控制功能的整合，以及功耗和整體尺寸減小。

        具有低導通損耗且能以更高頻率工作的堅固耐用的IGBT和MOSFET技術(shù)非常重要。IGBT的發(fā)展趨勢是朝更高的開(kāi)關(guān)速度、更低的飽和壓降、更強的抗短路能力方向發(fā)展;MOSFET的發(fā)展趨勢需要有更低的導通電阻和更高的開(kāi)關(guān)速度。同時(shí)，柵極驅動(dòng)IC與新創(chuàng )的分立功率器件技術(shù)控制需求一起發(fā)展，讓系統設計者能充分利用功率器件增強的開(kāi)關(guān)特性。封裝趨勢包括使用模塊集成分立功率器件、附加的控制和診斷電路，從而縮短設計周期，提高系統效率，減少尺寸，提高散熱性能。

　　Fairchild關(guān)注內燃機點(diǎn)火系統中的IGBT，以及輔助電氣系統里對三相電機進(jìn)行控制的功率模塊等若干領(lǐng)域。