應對下一代汽車電源系統的挑戰
發布時間：2014-11-21 14:20
發布者：wp1981
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作者：Philip Chesley,精密產品副總裁，Intersil公司 當你實現更嚴格的排放和燃油經濟性標準、48V鋰離子電池技術、能量收集，以及諸如電子助力轉向(EPS)、線控制動(BBW)和暖通空調(HVAC)系統等大功率應用時，你會從中得到什么？你會得到針對汽車電池系統發生根本改變的完美環境，它在未來十年將給半導體供應商創造巨大的有利機會。 
圖1：為了應對汽車電子市場的當前大趨勢，Intersil公司開發了關鍵技術 在汽車的電氣化方面并沒有什么新東西出現。事實上，在上世紀90年代，一些創新思考者致力于42V標準，使現有12V系統的電壓顯著提高，并推動了從轉向到照明各種子系統的電動機的出現。但使這些應用能夠脫離12V電源的其他創新，以及使用更大電池組來支持更高電壓的想法，始終未能占據主導地位。
圖2：12V轉48V系統 在許多推動因素的共同作用下，汽車的混合動力化已從概念變為現實，并為半導體供應商創造了一個全新的創新領域。大多數汽車制造商對2015年新車型所采用的新標準被稱為48V BoardNet。這一次的變化是實實在在的，并且電池技術的發展一直是一個關鍵因素。雖然系統中仍然使用傳統的鉛酸電池來支持12V網絡為“輕”負載供電，但48V鋰離子電池提供的獨立48V網絡可支持包括助力轉向、高端音頻系統和HVAC系統在內的主要功能系統(圖3)。除了有更高的充電量，鋰離子電池還具有高得多的能量密度和輕得多的重量。
圖3：轉向48V標準解決方案列表 高電壓優勢 在汽車應用中支持高壓的能力為提高汽車效率帶來了許多機會。低速以及走走停停的行駛不僅不再浪費汽油，而且能夠成為一個能量收集來源，所收集的能量可存儲在電系統中并重新利用，最終達到降低油耗的目的。例如，精確的電池管理可增加效率并延長電池壽命，這使得汽車“始終在線”并與智能手機通信，從而遠程啟動制冷或加熱系統以及施加或解除警報和信息娛樂系統的需求能夠更加容易實現。 合適技術的融合、要求降低油耗的監管環境和實現大幅能源節省的機會，將有望轉化為對汽車支持更高電壓標準的需求的強勁增長。據Lux Research預測，以2015年為采用微混技術的第一個年頭，48V微混市場的規模在2024年將達到7.88億美元。早期采用將集中于高檔車，全球需求將由歐洲、美國和中國所引領。 對半導體供應商而言，轉向48V標準是一個重大行動，因為這需要高得多的能力水平來提供可靠但同時又經濟的解決方案。目前只有極少數供應商能夠提供高達72V的汽車級解決方案，為支持48V標準提供所需的裕量。標準高壓工藝并不能現成地用于精密轉換器和放大器等混合信號器件。于是供應商紛紛開發專有工藝技術來經濟地提供高壓工藝要求的精度。 嚴格的技術要求為熟悉汽車市場的苛刻要求并知道如何滿足這些要求的供應商提供了機會。例如，這一創新直接影響駕乘體驗的少數關鍵領域，如起停應用的管理、安全和效率。 在混合動力車起停應用中，包括報警、信息娛樂、后視攝像頭等在內的許多系統都可能在起停操作中出現毛刺信號時被意外關閉。因此，升降壓器件維持輸出功率(甚至在輸入電壓下降到低至1.8V的情況下)的能力至關重要，這樣這些系統才能繼續發揮作用。 安全是另一個重要問題�；旌蟿恿�/電動車可能有96~190個電池單元。要想準確地監測電池單元的電壓、電流和溫度，并可靠地傳輸這些監測信息，對保持汽車的安全行駛至關重要。這一傳輸必須具有高性價比，減少導線數量并增加可靠性。Intersil公司開發了一種創新的支持長線的菊花鏈通信協議。這取代了將電池模塊、均衡IC、MCU和CAN接口連接到中央控制單元的傳統方法，避免了該方法成本高昂和造成許多潛在故障點的缺陷。 當然，面向該市場的任何IC技術都需要準確性。例如，Intersil用創新電源解決方案使每個電池單元的電壓監控精度達到3mV，從而提供了高達10%的效率提升。在實際應用中，這意味著汽車行程可從100英里增加到110英里�；蛘�，以電池組的壽命來說，通常其可以保證長達10年的電池壽命。效率提高10%可使電池壽命延長一年。 最后，靈活性也非常重要。不斷發展的電源需求和新標準增加了汽車OEM廠商及其合作伙伴設計電源系統的復雜性。能夠創建一種設計并使之適用于不同的電源系統負載，同時支持12V、24V和48V電壓總線要求，可顯著節省時間和成本。Intersil專門設計了一種高集成度和多功能的降壓轉換器，來支持從高壓總線(Vin——通常為12V、24V或48V)到低壓總線(Vout——通常為3.3V、5V或12V)的輕松轉換。集成峰值電流模式同步PWM控制器和集成上管及下管FET驅動器使效率得到了進一步提升。 還有更多創新會陸續出現，未來十年，相信汽車市場將成為半導體領域許多最重要電源技術突破的試驗場。 |
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