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汽车应用受益于高性能IC

http://cn.newmaker.com 8/31/2012 10:45:00 AM Joe Desposito

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展厅 2	汽车电子展厅车灯, 遥控发射器, 汽车娱乐系统, TPMS胎压监测, 汽车防盗器, ...

在汽车行业中，大量的创新与差异化都来源于汽车电子产品。人们对于改善安全性、燃油效率和驾乘舒适性的需求带来了重大的发展机遇。混合动力汽车及全电动汽车的激增将稳步拉动创新型模拟产品的需求。除了车载电子产品的增多之外，预计全球主要的汽车市场也将呈现稳中见长之势，2010 至 2015 年间的年增长率为 6% 左右。芯片公司在汽车领域的创新不断延续，特别是在电源领域。

电池组及电源IC

凌力尔特公司联合创始人Bob Swanson指出，汽车市场是该公司的关键领域。他还指出，混合动力汽车和电动汽车需要非常复杂的电池组监测芯片，这是凌力尔特的工程师下决心克服的一大难题。

随后他探讨了凌力尔特保持在竞争前列的能力，一旦有竞争对手跟上，他们就会开发更好的IC。凌力尔特的经营理念在该公司的LTC6803 EV电池监测芯片中得到了很好的体现。

这款第二代芯片基于凌力尔特公司的LTC6802。LTC6803与上一代芯片的引脚分布和价格都相同，不过前者拥有一些额外的功能，这些功能是经过对汽车产业24个月的研究(特别是对新汽车标准ISO 26262的研究)后获得的。

LTC6803被设计用于电池组中。每一款芯片都可以监测多达12颗串联的独立电池单元。两款芯片上的输入通道可以处理高达60V的共模电压，这两款芯片都具有堆叠式架构和支持过充电的电池单元放电的内置式FET。不过真正特别的功能是串行总线，这种总线采用菊花链结构，可以通过单个端口提供整个电池组的全面报告。这些测量的精度保证可以达到0.25%或更优，系统中的所有电池单元的保证最长测量时间为13ms。另一个标准功能是片上温度传感器。

LTC6803还增加了更宽的电池单元测量范围(0.3～5V)，这样，除了支持化学锂离子电池之外，它还能支持镍金属氢化物(NiMH)电池和超电容。与LTC6802不同的是，LTC6803的电源输入与电池组是隔离的，这使得芯片能够从独立电源中汲取电流。使用此输入供电时，在电池组中汲取的电流会降低至不到1μA。

汽车电子系统中的许多应用电路都需要连续供电，即使在汽车停泊时也不例外，例如：遥控无钥匙进入、安全、甚至导航/多媒体系统。或许人们很难理解为什么导航/多媒体系统即使在汽车停驶时仍然必须保持接通状态，但是，出于应急和安全的考虑，此类系统的 GPS 关联电路必须“始终保持接通”。这项要求并非可有可无，有了它就可以在需要的情况下通过外部操作实现基本的控制。车主意外地把钥匙锁在车内便是一个很好的例子。给紧急呼叫系统供应商打一个电话就能实现车门的远程解锁。或者，假如驾驶者与乘客在交通事故中被卡而不能动弹，那么紧急呼叫系统可通过发送警报信号将救援人员引至车辆所在的位置，而这就得益于其系统监视和 GPS 定位系统。

凌力尔特公司电源产品部门产品市场总监Tony Armstrong指出，“此类应用的一项关键要求是低静态电流，旨在延长电池的使用寿命。凌力尔特自2001年起便一直在生产待机静态电流小于 100μA 的开关稳压器，而我们正在开发的一些较新的产品将把这一数值减小至 2μA 以下。因此，这些产品可以很好地被中国的汽车电子制造商所接纳。”

另一方面，尽管开关稳压器比线性稳压器产生较大噪声，但是开关稳压器的效率却高得多。现在已经证明，在很多敏感应用中，噪声和EMI是可管理的，只要开关电源按预期工作。如果一个开关稳压器在正常工作模式时以恒定频率开关，则切换边缘是干净并可预测的，没有过冲或高频振铃，从而最大限度地降低了EMI。小封装尺寸和高工作频率可以实现小且紧凑的布局，这也最大限度地减少 EMI 辐射。此外，倘若稳压器可以采用低 ESR 陶瓷电容器，那么输入和输出电压纹波都可以极大地减小，这种纹波是系统中噪声的附加来源。

凌力尔特提供了众多可满足所有上述需求的产品。它们具有宽输入电压范围：2V至60V (某些器件可高达 100V)；待机模式中的低静态电流：小于 50μA；极低的输出噪声和低 EMI：开关稳压器低于 15mVpp，线性稳压器则低于 100μV；扩展的温度范围：保证 150?C 环境温度和结温操作(H级器件)；高效率：达 95% (在满负载时) 和高至 70%(在轻负载条件下)；低热阻封装：最低可至 10?C/W(?jc)；高开关频率操作：高达3MHz；高电流密度：采用3mm×5mm MSOP封装时可提供高达5A的连续输出电流。

Tony Armstrong强调，电池电量失衡(电池组中电池之间的充电状态失配)是大型锂电池组所存在的一个问题，其产生根源在于制造工艺、工作条件及电池老化方面的偏差。这种电量失衡会导致电池组总容量的下降，并有可能损坏电池组。电量失衡将导致电池无法进行从“充电状态”到“放电状态”的跟踪，假如不能进行严密的电量监视，就会造成电池过度充电或过度放电，从而永久性地损坏电池。混合动力汽车与电动汽车电池组中使用的电池由电池制造商根据容量和内阻进行分选，以减小装运至客户的某一给定批次电池之间的偏差。然后，利用经过仔细挑选的电池来制作汽车电池组，以改善电池组中各电池之间的总体电量匹配水平。

从理论上讲，这种做法应能避免在电池组中形成大的电量失衡，但尽管如此，业界的共识是：当制作大型电池组时，仍然需要进行电池电量测量和电池电量平衡以保持高电池容量，从而获得长久的电池组使用寿命。凌力尔特的电池管理系统(BMS)产品系列目前是已投产和在路上行驶的汽车中唯一在用的BMS产品。

用于汽车应用的SBR

汽车板块的另一个赢家是Diodes公司针对汽车应用设计的超势垒整流器(SBR)系列产品。该公司在2006年底收购了SBR技术，并专注于拓展其消费类和计算市场的现有核心客户群，现正拓展到汽车市场。

这项获得专利的技术通过顶尖的集成电路晶圆处理工艺将两项现有的整流器技术整合到单个器件中。该工艺在设计时具有某些关键的目标，包括低VF、高反向雪崩等级和低反射漏电流。早些时候发布的SBR包括SBR20A60CTBQ、SBR30A45CTBQ和SBR3045CTBQ，这些SBR可以处理20A和30A的输出电流，提供工业标准TO-263封装。所有这些SBR均经过AECQ101认证。第四款器件SBR1045D1Q的输出电流为10A，采用略小的TO-252封装。

低VF(SBR1045D1Q为0.48V)意味着功效可以大幅提升并且可以在工作时实现更低的温度和更高的可靠性。由于该器件具有更高的反向雪崩等级(比同类肖特基二极管高两倍以上)，因此可靠性也得到了进一步提升。这样就可以提供更好的瞬时电压尖峰保护能力。最后，高温下更低的反向漏电流可以在高温工作环境下提供更高的安全工作区(SOA)和热击穿保护。

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