汽車(chē)電源管理IC：集成還是分立？

　　由于手機行業(yè)對于基板空間的要求極為嚴苛，手機電源管理IC的SoC化趨勢已經(jīng)十分明顯，然而目前正有越來(lái)越多的模擬電路大廠(chǎng)開(kāi)始推出車(chē)用電源管理IC的SoC解決方案。究竟是分立，還是集成?手機電源管理市場(chǎng)曾經(jīng)一度熱議。未來(lái)這一爭端也將向汽車(chē)行業(yè)延伸?

　　車(chē)用電源管理SoC不斷推出

　　越來(lái)越多模擬電路大廠(chǎng)開(kāi)始推出車(chē)用電源管理IC的SoC解決方案。

　　“綠色環(huán)保”概念在全球范圍內已經(jīng)深入人心，而電源管理技術(shù)在提高產(chǎn)品功率效率方面發(fā)揮著(zhù)重要作用，廣泛應用于照明、電信、電網(wǎng)、家電、汽車(chē)等幾乎所有電子設備之中。由于受SoC化設計趨勢的影響，近年來(lái)電源管理IC技術(shù)表現出越來(lái)越強的集成化趨勢。“特別是在便攜設備領(lǐng)域這一趨勢已十分明顯。”安森美半導體中國區應用工程總監吳志民告訴記者，“為了配合消費者對纖薄外形的需求，設計人員的一項可行策略就是選擇集成多種功能的主芯片組，同時(shí)選用高集成度的電源管理集成電路(PMIC)簡(jiǎn)化設計，使控制電源所需的資源減至最少，并將外形因數保持在可控范圍之內。”

　　目前這一趨勢正向汽車(chē)電子領(lǐng)域蔓延，越來(lái)越多模擬電路大廠(chǎng)開(kāi)始推出車(chē)用電源管理IC的SoC解決方案。英飛凌科技近日發(fā)布兩款基于A(yíng)RMCortex-M3內核，并集成了非易失存儲器、模擬和混合信號外設、通信接口、MOSFET柵極驅動(dòng)器的嵌入式電源管理IC。其中，TLE987x系列適用于三相(無(wú)刷直流)電機，TLE986x系列適用于二相(直流)電機。英飛凌汽車(chē)電子事業(yè)部系統應用副總裁HansAdlkofer表示：“這種系統芯片方法結合了強大的微控制器、柵極驅動(dòng)器以及所有必要的傳感、控制和驅動(dòng)功能，能夠提供更低的系統成本、更高的可靠性以及更低的系統復雜性。”

　　安森美半導體推出的兩款PMIC適合于汽車(chē)動(dòng)力系統及車(chē)廂內應用。安森美半導體汽車(chē)產(chǎn)品分部總監JimAlvernaz表示：“NCV8876是能夠針對汽車(chē)電池電壓狀況自動(dòng)作出反應的現成器件，而其他可選方案要么要求設計定制專(zhuān)用集成電路，要么基于分立元件，但提供慢得多的響應時(shí)間。NCV896530由于提供2.1MHz開(kāi)關(guān)頻率，不會(huì )與調幅(AM)頻段相互干擾，因為它的兩個(gè)通道彼此180°異相，電壓軌上的峰值電流需求大幅下降。”

　　美信半導體則針對汽車(chē)儀表盤(pán)應用，推出高集成度汽車(chē)電源管理芯片MAX16993。美信半導體表示，該方案集成了一個(gè)高開(kāi)關(guān)頻率控制器和兩路輸出轉換器(每個(gè)轉換器可輸出3A電流)，與傳統分立方案相比，可節省50%以上的基板面積。

　　集成化方案需求增長(cháng)

　　集成化的電源管理IC可有效降低系統設計的復雜性，節約基板空間，同時(shí)降低系統成本。

　　“設備正變得越來(lái)越復雜和需要更先進(jìn)的電源管理解決方案來(lái)幫助設計工程師克服在添加更多功能特性、更高分辨率顯示屏和更快更復雜處理器時(shí)遇到的挑戰。這需要更高效的升壓-降壓穩壓器以及充電技術(shù)，特別是電源管理技術(shù)。”Intersil基礎設施和工業(yè)電源產(chǎn)品高級副總裁MarkDowning表示。目前，汽車(chē)上使用的半導體產(chǎn)品種類(lèi)和數量一直在增加，這導致現今汽車(chē)設計中的一項很有諷刺意味的情況：能源效率越來(lái)越高，但其承載的電氣要求卻越來(lái)越多。這些要求包括了從一系列安全相關(guān)功能到車(chē)內舒適性、聯(lián)通性和娛樂(lè )功能的方方面面，例如基本的AM/FM收音機、衛星無(wú)線(xiàn)電、多媒體系統接口、GPS、蜂窩支持、Bluetooth、WiFi等。這又進(jìn)一步帶來(lái)了對電源管理等先進(jìn)技術(shù)的需求。

　　“動(dòng)力總成系統的電氣化使半導體產(chǎn)品對汽車(chē)運動(dòng)和性能具有更重要的意義。另外，車(chē)載信息娛樂(lè )和安全應用程序也在增多，使得電源管理芯片在改善電動(dòng)及混合動(dòng)力汽車(chē)能源效率方面扮演的角色越來(lái)越重要。而集成化的電源管理IC可有效降低系統設計的復雜性，節約基板空間，同時(shí)降低系統成本。”HansAdlkofer表示。除了眾所周知的汽車(chē)基本電源問(wèn)題之外，還有一些新問(wèn)題出現。如越來(lái)越多的汽油引擎汽車(chē)采用“啟停模式”以降低油耗：在停車(chē)標示以及等紅燈或類(lèi)似情況時(shí)關(guān)閉引擎，然后當駕駛員踩下油門(mén)踏板時(shí)，在不足1秒的時(shí)間內重新啟動(dòng)引擎，可將空轉油耗降至最低。然而，汽車(chē)每次停止后再重新啟動(dòng)，都會(huì )對電氣系統造成拋負載和瞬態(tài)影響。而在走走停停的交通環(huán)境下，這種現象非常頻繁發(fā)生。較好的解決方法就是采用高度集成的電源管理IC。這些IC提供多個(gè)直流電源，專(zhuān)門(mén)針對汽車(chē)環(huán)境而設計。

　　分立方案將長(cháng)期存在

　　集成化并不能解決全部問(wèn)題。不同汽車(chē)，不用電源域的需求各有不同。

　　雖然高集成度PMIC的應用日益增多，但是即便在便攜式產(chǎn)品中也不是所有電源域都需要采用高集成度的PMIC。“隨著(zhù)便攜產(chǎn)品功能不斷增多，集成度相對較低的電源轉換IC的需求也在增加，以此配合增加新功能。例如，為了給高耗電的應用處理器供電，設計人員可能需要使用DC-DC開(kāi)關(guān)穩壓器。又如，許多智能手機都配備HDMI接口，方便用戶(hù)傳輸視頻數據。這些HDMI接口采用+5V電壓供電，高于便攜產(chǎn)品中常用的鋰離子電池的供電電壓，這時(shí)候就需要DC-DC升壓轉換器。”吳志民表示。

　　“客戶(hù)為什么選擇電源管理SoC方案?是因為它的系統成本優(yōu)勢，以及對基板空間的節省。”HansAdlkofer指出。但是HansAdlkofer也承認，集成化并不能解決全部問(wèn)題。不同汽車(chē)、不用電源域的需求各有不同。

　　一個(gè)PMU往往只能針對某類(lèi)應用，甚至某個(gè)產(chǎn)品，從某種角度來(lái)看，這有些類(lèi)似ASSP(專(zhuān)用標準產(chǎn)品)，其擴展應用性不如分立解決方案，而且分立解決方案可以根據需求選擇最適合的電源管理芯片，甚至可能實(shí)現更高的能效。由于分立和集成各有優(yōu)勢，而且汽車(chē)電子產(chǎn)品大多數情況對基板空間要求并不如智能手機那么嚴苛。因此，集成化和分立的解決方案將會(huì )長(cháng)期存在。

　　此外，還有一點(diǎn)需要注意，畢竟集成化是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體趨勢。我國本土電源管理IC設計生產(chǎn)廠(chǎng)商雖然眾多，但是能設計、生產(chǎn)面向高端應用的集成多功能電源管理SoC的并不多。為避免趨向無(wú)利的低價(jià)競爭，國內電源管理廠(chǎng)商也需要不斷提高自身技術(shù)水平，發(fā)展差異化的、高度集成的電源管理IC，滿(mǎn)足新市場(chǎng)、新產(chǎn)品的需求。

　　廠(chǎng)商觀(guān)點(diǎn)

　　英飛凌汽車(chē)電子事業(yè)部系統應用副總裁HansAdlkofer

　　智能電機控制需要高效、低價(jià)解決方案

　　智能電機控制應用需要各種各樣受能效、系統成本降低和舒適型需求影響的復雜的電機控制方案。英飛凌利用ARMCortex-M3處理器，用智能電機控制的新汽車(chē)級品質(zhì)嵌入式功率系列來(lái)解決這些設計難題。這種系統芯片方法結合了強大的微控制器、柵極驅動(dòng)器以及所有必要的傳感、控制和驅動(dòng)功能，因此英飛凌的可擴展嵌入式功率系列能夠讓汽車(chē)系統供應商受益于更低的系統成本、更高的可靠性以及更低的系統復雜性。

　　以前的多芯片設計需要獨立的微控制器、橋式驅動(dòng)器以及LIN(本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò ))收發(fā)器，而現在電機控制設計只需要最少的外部組件，讓汽車(chē)系統供應商能夠從中受益。新推出的嵌入式功率產(chǎn)品將組件數量從現在的大約150多個(gè)減少至30個(gè)以下，在僅僅3cm2的PCB空間內集成了電機控制的所有功能和相關(guān)外部組件。因此，嵌入式功率系列使電機的電子集成更接近真正的機電一體化設計。

　　安森美半導體中國區應用工程總監吳志民

　　重點(diǎn)關(guān)注提升電機的燃油經(jīng)濟性

　　安森美半導體提供一系列的微型電源管理IC(mini-PMIC)。這些微型電源管理IC集成多個(gè)DC-DC開(kāi)關(guān)轉換器或低壓降(LDO)線(xiàn)性轉換器，同時(shí)還可能集成其他多種控制或保護功能等。安森美半導體的mini-PMIC目前包括NCP6922、NCP691/5、NCP6924/5等。在汽車(chē)領(lǐng)域，安森美重點(diǎn)關(guān)注幫助提升燃油經(jīng)濟性及降低排放的啟動(dòng)-停止交流發(fā)電機、汽油直噴發(fā)動(dòng)機、混合動(dòng)力汽車(chē)、雙離合及6+速變速箱等技術(shù)，幫助提升安全及舒適的LED照明、車(chē)門(mén)模塊、停車(chē)輔助、傳感器、信息娛樂(lè )系統、高級先進(jìn)駕駛員輔助系統技術(shù)，及線(xiàn)控和電機控制技術(shù)。

　　在汽車(chē)方面，中國客戶(hù)需要完整的汽車(chē)電子方案和良好的技術(shù)支援，安森美在中國上海的解決方案工程中心(SEC)，配備有在不同應用領(lǐng)域擁有豐富經(jīng)驗的資深專(zhuān)家，能為客戶(hù)提供同類(lèi)最佳的技術(shù)支援。

　　Intersil基礎設施和工業(yè)電源高級副總裁MarkDowning

　　電源模塊在系統成本上優(yōu)勢顯著(zhù)

　　電源模塊是通過(guò)集成和提高智能化程度來(lái)加強創(chuàng )新的一個(gè)很好例子。它們很好地指明了器件集成度向更高水平發(fā)展的趨勢。為支持這些大電流電路，設備制造商常常依賴(lài)于復雜、需要占用寶貴電路板空間并可能具有顯著(zhù)功率輸出限制的分立電源解決方案。

　　降壓型穩壓器用于把來(lái)自分布式電源總線(xiàn)的電力轉換后提供給基礎設施系統中的獨立負載點(diǎn)(POL)。較新的基礎設施系統可能在一個(gè)系統中使用20～40個(gè)負載點(diǎn)(降壓型)轉換器，其中每個(gè)轉換器都具有不同的輸出電壓和輸出電流需求，這給系統電源工程師帶來(lái)了挑戰。為迎接為這些系統設計電源子系統的挑戰，許多設計工程師都在考慮使用電源模塊而非傳統的分立POL設計，這背后的推動(dòng)因素包括上市速度、尺寸限制、可靠性和設計能力等。

　　實(shí)現分立設計的初始成本可能少于使用電源模塊，但如果把上市速度和長(cháng)期工程及維護成本考慮進(jìn)來(lái)，電源模塊就顯示出顯著(zhù)優(yōu)勢，特別是對具有10個(gè)或更多電源軌的系統來(lái)說(shuō)。擁有成本、設計復雜性的降低以及簡(jiǎn)化的和更加靈活的電路板布局都是高集成度模塊將繼續占領(lǐng)市場(chǎng)份額的原因。Intersil提供全面的數字及模擬電源模塊產(chǎn)品，以適應下一代系統的寬輸入電壓范圍和負載電流范圍。