這件事，我們要從汽車的電池說起。
眾所周知，傳統(tǒng)汽車所用的電池都是12V的鉛電池。然而近年來，我們看到越來越多的汽車采用12V的鉛電池之外，另外還搭載48V鋰電池，采用雙電池系統(tǒng)。為什么要增加48V的電池？
按照以往，12V電池向所有電氣系統(tǒng)供電，引擎負擔很大。而現(xiàn)在“12V＋48V”電池的汽車，12V電池負載電流小的系統(tǒng)，比如音響、儀表等；48V則負載電流大的系統(tǒng)，如空調(diào)、車燈等，可以起到雙管齊下的效果，效率有了明顯的提升！這種“雙電池系統(tǒng)”的汽車發(fā)展迅猛，數(shù)據(jù)表明，預計到2024年采用48V電池的電動車生產(chǎn)臺數(shù)要達到710萬臺／每年。
雙電池系統(tǒng)既然那么好，那為什么以往汽車用的一直都是12V電池？這是因為使用48V的電源有個很大的技術難題。從電源上看，12V鉛電池車，用12V電源直接轉(zhuǎn)化到3．3V或者5V，去給一些電子的控制單元去供電。而48V電源的電池車，輸入電壓有了大幅的提升，但要達到和原先相同的3．3V或者5V的輸出電壓，以給電子控制單元進行供電，對于整個電源設計來說，這么大跨度的電壓轉(zhuǎn)換對電源IC的要求非常高。
從更高的輸入電壓生成更低的輸出電壓，要求電源IC能夠滿足高耐壓、高頻率兩個要求，實現(xiàn)這兩點的技術關鍵點在于脈沖的寬度。為什么提高輸入電壓，它的脈沖寬度要縮窄？這是因為要在保持輸出電壓不變的情況下，提高輸入電壓，它的脈沖寬度必定要縮窄，否則無法維持輸出電壓不變的。另外在整個DC／DC的回路里面，導線上有一定的寄生電感，在開關的時候它會產(chǎn)生一個反電動式，引起振蕩，所以電流監(jiān)控，是會有一定的延遲時間再去進行采樣。另外，從線圈電流反饋到IC內(nèi)部，也需要一定的時間，所以會有一個電路的延遲。為了確保短路等等異常情況下，仍然能夠保證芯片工作的安全性，所以要解決這樣的問題，即使脈沖寬度非常窄，也要建立一個電流模式控制，以此來保證輸出電壓能夠穩(wěn)定，不受任何因素的影響。
基于此，羅姆研究出了窄脈寬控制技術，該技術凝聚了羅姆的電路設計、布局、工藝三大尖端技術。使用窄脈寬控制技術不僅能夠節(jié)省空間，還實現(xiàn)了單芯片化。在同樣的輸入電壓和輸出電壓的條件下，由原先必須使用兩級的DC／DC去設計，而變?yōu)橹恍枰活w芯片就可以完成。
2017年8月29日在北京的媒體發(fā)布會上，羅姆就給我們介紹了基于脈寬控制技術開發(fā)的電源IC“BD9V100MUF－C”。對于48V電池系統(tǒng)有兩個要求，一是系統(tǒng)的簡化，高降壓比；二是開關頻率保持2MHz以上進行工作。基于這兩點，它所需要的脈沖的寬度至少需要20ns實現(xiàn)。“BD9V100MUF－C”就基于這樣一個窄脈寬控制技術，實現(xiàn)了單芯片化。ROHM半導體（上海）有限公司設計中心高級工程師陳乃文跟21ic記者進一步介紹到：“所謂的單芯片也就是原先60V－2．5V的電壓轉(zhuǎn)換必須使用2級DCDC去實現(xiàn)，首先從60V轉(zhuǎn)到12V，再從12V轉(zhuǎn)到2．5V。但是使用這款芯片，單顆芯片就可以完成60V到2．5V這樣大幅度電壓的轉(zhuǎn)換。有助于簡化整個電源系統(tǒng)的設計，也使得整體設計面積有很大程度的降低。由于高頻率，外圍使用的電感也可以變得更小型，整個PCB的面積降低有70％之多。”
此外，該款芯片工作的性能表現(xiàn)優(yōu)異。首先，在開關2．1MHz的條件下，可以實現(xiàn)將輸入電壓60V直接轉(zhuǎn)化為輸出電壓2．5V，降壓比達到24比1，這是業(yè)界第一家廠商能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)換。其次它工作在2MHz的情況下，輸入電壓在16V－60V之間變化的時候，仍然可以保證輸出電壓2．5V恒定，而不受AM頻段的一些干擾。另外，芯片也內(nèi)置了一些保護的功能。此款芯片也采用了焊料潤濕性非常優(yōu)異的一個QFN4×4的封裝，它使得貼裝的良率有所提高。
圖：ROHM Co．， Ltd． 電源解決方案LSI產(chǎn)品開部 電源技術開發(fā)課 工程師 福本洋祐
據(jù)介紹，這款“BD9V100MUF－C”目前可以提供樣品，計劃在今年年底會開始量產(chǎn)，預計今年也會推出面向工業(yè)設備市場的一些產(chǎn)品。目前已經(jīng)有幾家汽車廠商采用羅姆的這款電源IC產(chǎn)品了！未來羅姆有何發(fā)展方向？ROHM Co．， Ltd． 電源解決方案LSI產(chǎn)品開部電源技術開發(fā)課工程師福本洋祐說到：“目前這款電源IC的轉(zhuǎn)化效率在60％－70％左右，未來方向有兩個，一個提高它的轉(zhuǎn)化效率，另外一個現(xiàn)在12V的電源基本上現(xiàn)在市場上用的是兩段式。羅姆接下來的目標是能夠?qū)崿F(xiàn)直接從12V降到1V。”
從雙芯到單芯，羅姆這款電源IC做到了，我們期待未來這款電源IC在48V車載電源系統(tǒng)上的大作為！