车载一次DC/DC转换器如何兼具高速响应和高效率？

近年来，汽车的电子化进程突飞猛进，但由于汽车的电池和发电机能够提供的电力有限，因此对降低功耗的要求越来越高。另外，电池和发电机输出的电压存在较大波动，但负责控制供电的电源IC却一直很难同时实现有助于稳定工作的高速响应和有助于节能的高功率转换效率。为此，ROHM公司日前面向ADAS(高级驾驶辅助系统)相关的传感器、摄像头、雷达、汽车信息娱乐系统及仪表盘等，开发出包括12款机型在内的车载一次(Primary)DC/DC转换器"BD9P系列"产品。
ROHM自有电源技术"Nano Pulse Control"是新产品的亮点之一。根据罗姆半导体(上海)有限公司技术中心主管朱莎勤的介绍，这是一种在ROHM垂直统合型生产体制下，集合"电路设计"、"布局"、"工艺"三大先进的模拟技术而实现的超高速脉冲控制技术，使得以往必须由两枚以上电源IC构成的从高电压到低电压的电压转换，现在仅由"一枚电源IC"即可实现，非常有助于燃油汽车和xEV所使用的12V级电源系统，以及轻度混合动力汽车、工业机器人及基站的辅助电源所使用的48V级电源系统所驱动的应用产品实现小型化和系统简化。
降噪方面，"Nano Pulse Control"技术能够始终在不干扰AM广播频段(1.84MHz Max.)的2.2MHz工作，对于最大40V的高电压输入，还实现了由后段元器件驱动的3.3V～5.0V级稳定输出。此外，还内置展频功能，可降低噪声峰值，因此非常适用于对辐射噪声要求尤为严格的车载应用。

文章插图
当从输入电压低于输出设置电压的状态恢复到波动前的电压时，会发生输出电压过冲问题，这是一直以来存在的一个课题。而"BD9P系列"可在电池的输入电压波动时稳定工作，与普通产品相比，能够将电压波动时的输出过冲抑制在1/10以内，因此不再需要添加以往作为过冲对策所必需的输出电容器。因此，即使在起动时发生电池电压突发波动的情况下，设备也可以稳定工作。
下图模拟了汽车引擎发动时的电池电压从16V-5V-16V的下降-恢复过程。可以看到，在这一过程中，蓝色波形出现了过冲现象，很有可能会导致后端连接的负载芯片出现过压损坏的问题；而对采用了新技术的红色波形来说，输出电压保持稳定，并没有出现过冲现象。

文章插图
另外，新产品通过采用新型控制方式，用低于普通产品的驱动电流即可充分实现高速响应，这不仅使高负载时的功率转换效率高达92％(输出电流1A时)，而且使轻负载时的功率转换效率也达到85％(1mA时)，解决了高速响应和高效率优势这对"矛盾体"，有助于进一步降低行驶时和引擎停止时的功耗。相比之下，采用以往技术的电源IC，为了确保高速响应性能，需要较大的驱动电流，在轻负载时很难同时兼顾高速响应和高效率。

文章插图
不仅如此，新产品与连接在它后段的二次DC/DC转换器"BD9S系列"相结合，还可组成高效且高速的车载电源电路。通过灵活利用参考板、各种工具以及ROHM免费提供的在线仿真工具"ROHM Solution Simulator"，用户还可以实施接近实际使用的仿真，并大大减少应用产品的设计负担。
包括新产品"BD9P系列"在内的参考设计，涵盖了ADAS/信息娱乐功能所需的电源系统，不仅已完成标准的电气特性测试，还完成了EMC测试、热测试等测试。此外，还公布了评估报告和各种工具，包括设计数据、所搭载产品的仿真模型、PCB CAD用的符号等。而且，通过使用参考板"REFRPT001-EVK-001"，还可以轻松进行实机确认。

文章插图
【车载一次DC/DC转换器如何兼具高速响应和高效率？】上图就是ROHM最新推出的参考设计评估板，它上面搭载了一次电源、二次电源总共八颗IC，最中间的两颗IC就是一次电源BD9P系列，上方输出5V/1A，下方输出3.3V/2A，可采用SOP/QFN封装；评估板的右侧是二次侧电源，除了一颗采用SOP-8封装的LDO外，其他均为二次侧DC/DC"BD9S系列"，根据电流能力不同，分别采用2mm×2mm或3mm×3mm的封装；最下面一颗是作为负载开关使用的ROHM超小型封装的PMOS，主要用于给ADAS或是inFORM模块所需的电源系统来供电。此外，参考板上还搭载了ROHM监视IC，每一颗监视IC可监控四路电源输出，一旦发生故障，对应的LED指示灯就会被点亮。当然，为了符合车规级要求，整块参考板已经做好了EMC对策方案呢，例如在电源输入端追加了滤波电路，或是通过上下跳线来开启一次侧DC/DC的展频功能等等，用户可以直接将其应用到自身的产品设计中。