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一文读懂汽车芯片——电源转换类芯片_芯片_电源

雨夜梧桐 2025-01-13 21:35:28 0

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1. 电源类芯片先容

电源芯片是指对电源进行变换或者掌握,为负载正常事情供应得当的电压或者电流的集成电路芯片,是仿照集成电路中非常主要的芯片种类,一样平常包括电源转换类芯片、参考基准类芯片,功率开关类芯片、电池管理类芯片等品类,以及一些特定运用处景的电源类产品。
常日把电源转换类芯片根据芯片架构分为DC-DC与LDO(low dropout regulator)两种芯片。
电源管理类芯片大致还可分为以下六种:

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AC/DC调制IC,内含低电压掌握电路及高压开关晶体管;功率因数掌握PFC预调制 IC,供应具有功率因数校正功能的电源输入电路;脉冲调制或脉幅调制PWM/ PFM掌握IC,为脉冲频率调制和/或脉冲宽度调制掌握器,用于驱动外部开关;电池充电和管理IC。
包括电池充电、保护及电量显示IC,以及可进行电池数据通讯“智能”电池 IC;热插板掌握IC(免除从事情系统中插入或拔除另一接口的影响);MOSFET或IGBT的开关功能ic。

对付处理器类繁芜芯片或者有多颗负载芯片的繁芜系统,每每须要多路电源轨,各路电源之间要符合严格的时序哀求,有些系统还需求电压监测,看门狗、通信接口等功能,将这些功能集成到以电源为主体的芯片就衍生出PMU,SBC等产品种别。

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(图片来自网络侵删)

电源芯片在汽车电子系统中运用广泛,汽车电子部件中会根据运用需求用到不同种类的电源芯片。
随着汽车向电动化、网联化和智能化发展,单车电源芯片运用越来越多,新能源汽车电源芯片用量将超过百颗。

范例电源芯片运用案例,电源芯片在汽车电机掌握器的运用,紧张用于产生各种二级电源,如为主控芯片、干系采样电路、逻辑电路、功率器件驱动电路供应事情电源或参考电平。

图1是传统的汽车电机掌握器的电源方案,该方案可以知足系统的供电需求,但无法知足产品具备一定的功能安全哀求。

图1:无功能安全需求的电源架构

※资料来源:公开资料、编写单位供应

图2是在图1方案根本上,改用具有监测和诊断功能的SBC芯片,优化了弱电电源的监控及诊断功能,因此该架构具备了一定的功能安全等级(如ASIL B)。

图2:有一定功能安全哀求的电源架构

※资料来源:公开资料、编写单位供应

图3是在前两者的根本上,低压电源的监控及诊断更为完善,同时增加了高压/低压的DC-DC备用电源,可以知足最高安全等级(ASIL D)的需求,虚线框内备注了利用该电源芯片搭建的电源拓扑。

图3:符合功能安全ASIL D的电源架构

※资料来源:公开资料、编写单位供应

(注,此处所展示的电源拓扑仅为一定范围内调研的通用办理方案,不代表车在电机掌握器内电源的所有运用案例,下同)。

2. 电源转换类芯片

闪存作为一种存储介质,广泛运用于固态硬盘,UFS,eMMC,SD卡,U盘等存储产品中;闪存是一种非易失落性存储器,即断电数据也不会丢失。

车载系统电源常日来自于电池,乘用车与商用车一样平常分别采取12V与24V电池电压。
由于车载系统分外的工况,该电压存在一定的颠簸范围。
对付车载系统中详细的用电芯片,每每不能直策应用电池电压,须要电源转换类芯片将电池电压转换到芯片所需的电压值。
以下对DC-DC开关电源与LDO线性电源两类进行剖析。

(1)DC-DC开关稳压器

DC-DC开关稳压器是指直流电压到直流电压稳压器,常指开关电源。
DC-DC芯片的功率监工作于高频开关状态,利用电感、电容进行储能与滤波来达到电压转换的功能。

根据功率管是外置还是内部集成,可以把DC-DC芯片进一步分为直流转换掌握器与直流开关转换器,常日针对大电流输出场景采取直流转换掌握器架构,电流输出较小的运用处景采取集成功率管的直流开关转换器。
根据输出电压与输入电压之间的关系,又可以分为Buck,Boost,Buck/Boost几种常用拓扑架构,除此之外还有Sepic,Cuk,Zeta等拓扑架构,由于后者在车载系统中运用相对较少,本文不做展开。

下表为DC-DC开关稳压器分类,紧张功能,关键参数和运用处景。

DC-DC开关稳压器情形

※资料来源:公开资料、编写单位供应

(2)LDO Regulator线性稳压器

LDO Regulator是指低压差(Low Drop-Out)线性稳压器,同样广泛运用于车载系统的电压转换。
与DC-DC开关稳压器不同,线性稳压器的功率管并非事情于高频开关状态,而是事情于输出特性曲线的某个特定点。
比较于DC-DC芯片,LDO有更低的噪声,外部被动器件少,电路大略,较少带来EMC滋扰等优点。
但是LDO的电源转换效率低,尤其是输入输出压差较大的时候,发热明显高于DC-DC,因此不适宜大电流输出场景,常日输出电流在数百mA到数A以内。

对付LDO,根据输出电压的调节办法,又可分为通用型LDO以及跟随型LDO。
通用型LDO的运用最为广泛,险些每个车载系统都会有运用。
跟随型LDO有特定的运用处景,须要该LDO的输出电压跟随另一起LDO的输出电压或基准电压的变革而变革。

下表为LDO Regulator线性稳压器分类,紧张功能,关键参数和运用处景。

LDO Regulator线性稳压器情形

※资料来源:公开资料、编写单位供应

3. 国产电源转换类芯片发展情形

电源类芯片在汽车内运用较为广泛,海内企业技能发展相对成熟,以全志科技、华大半导体、圣邦微、瓴芯等为代表的海内企业在LDO、芯片、DCDC芯片、PMU芯片等运用领域均有较为成熟的产品,目前正在逐步开展国产导入。

(1)LDO芯片

国产LDO情形

※资料来源:公开资料、编写单位供应

(2)DCDC芯片

国产DCDC芯片情形

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