罗姆全新突破车载半导体领域的电源IC技术

【罗姆(ROHM)半导体(上海)有限公司 12月20日上海讯】

前言

如今，全球主要的汽车制造商为了应对环境问题，都在规划HEV和EV的开发与扩大投入。然而，由于EV以电池和电机为主动力，在现阶段，与燃油动力车相比，行驶距离较短，要实现普及还存在诸多课题。因此，以欧洲已普及的高效低油耗柴油发动机为基础，在其上附加混合动力系统的柴油混合动力的开发日益进步。

在这种情况下，汽车制造商提出了环保、高附加值、高功能的配件开发需求。与以往一样，伴随这些汽车制造商的发展动向，车载应用的多功能化日益发展，车用电子配件呈逐年增加趋势。另外，即使是面向新兴国家的低成本车、小型车也一样，对于汽车开发来说，电子配件的增加是不可避免的，而且，产品越来越需要比以往任何时候更注重制造成本与附加值。

此次，将介绍一下车载半导体中使车载应用程序工作所必需的电源。电源IC可分为系列电源和开关电源两大类，罗姆的电源开发不仅要满足前述要求，而且在每种电源开发中一直致力于新技术的开发。当然，电源IC的高频动作化、高效化等基本性能特性提升是首当其冲的，除此以外，罗姆不断推进满足市场特有需求的电源IC的开发。其巨大的要求之一是"消耗电流更低"。这属于市场需求中的"附加值"范畴。

罗姆为"车载半导体"量身定制"电源IC"新技术

随着车载配件使用数量的增加，当务之急是降低每一个配件所需的消耗电流。针对这种情况，为实现车载应用中的更低功耗，往往通过最大限度地控制常时工作所需的配置来实现低功耗化。而"电源IC的低功耗化"技术则需要满足每一个配件的低功耗化和上述常时工作微控制器电源的低功耗化需求。

[图1] 停车时动作功能示例

发动机未启动仅电池通电时车的待机状态和停车时（熄火）等工作的功能，其低功耗尤为重要。在发动机未启动时，有空调、电动车窗等；近来，随着电动助力转向化的发展，一般都配置发动机停止时的转向角检测等功能；在停车时（熄火），有汽车导航系统、安全系统、时钟等（图1）。这些功能的电力都由主电池、蓄电池供给。

另外，由于汽车是以整车状态进行长时间运输的，因此积蓄在电池中的电量在运输中逐渐消耗，到达目的地时，有时会发生电池电量耗尽的情况。作为对策，往往采用摘掉电池的方法进行运输，但到达目的地时需要安装，增加了工序，整体制造成本增加。所以，随着汽车的多功能化发展，降低电池耗电成为当务之急。作为这些问题的对策，降低电源IC的消耗电流是很有效的手段（图2）。

[图2] 汽车的低消耗电流化

罗姆研发的"BD7xxLx系列"实现了"电路电流6μA"的技术革新

在系列电源领域，罗姆从2005年开始开发了当时世界顶级低消耗电流LDO（Low Drop Out）--BD393x/394x系列。该系列产品的电路电流仅为30μA，表现非常优异；同时，还是作为车载IC具备可在苛刻条件下使用的高可靠性的IC产品。其后罗姆继续走在系列电源低功耗化领域的前沿，此次，又开发出消耗电流更低的BD7xxLx系列。该系列产品的消耗电流仅为车载应用中所需消耗电流的1/3以下，电路电流与以往IC相比降低到1/5，仅为6μA（图3）。这是车用电源IC领域中全球顶级低消耗电流的LDO产品。

[图3] 罗姆电路电流的推移

BD7xxLx系列产品不仅在负载电流为"0"时的电路电流很少，而且在有输出负载经过时，IC本身的电路电流也不会增加。这也是力求区别于其他电源IC之处。虽然依存于负载电流的电路电流的增加量与负载电流相比较少，但车辆要求的高温环境中，电路电流的功耗可能会成为问题，因此罗姆致力于实现彻底的低消耗电流化。但是，要实现更低消耗电流存在几个瓶颈。为了解决这些瓶颈，需要利用罗姆积累的技术及其应用（图4）。

[图4] 低待机电流化的瓶颈

为了抑制消耗电流必须内置大电阻，这样无法比以往产品实现进一步小型化，从而导致芯片尺寸增加、制造成本增加。这对于低成本化来说是巨大的障碍。另外，内置大电阻时，可能容易受到外部噪音的影响。

另外，即使不是大电阻，由于采用低消耗电流技术的电源IC的电流值很小，更容易受外部噪音的影响。因此，确保产品的抗噪音性能比以往任何时候都尤显重要。

其次，还有电路响应性恶化问题。减少电路电流就会减少驱动电流，直接导致电路动作延迟。因此，担心IC输入变动时的输出稳定性等会因电路动作延迟而比以往恶化，还担心导致IC启动时的延迟启动时间增加。电源IC的输入端子直接连接于电池，电池电压虽然在一定程度上保持稳定，但并不能定位为稳定的电源装置。特别是当发动机启动时和车辆的各功