安森美半導(dǎo)體先進(jìn)汽車電子方案推動節(jié)能減排 - 全文

　　為了實現(xiàn)汽車的節(jié)能減排，整車制造商都在不遺余力地采用各種可行的電子部件，而這些部件的效果在很大程度上取決于組成它們的半導(dǎo)體產(chǎn)品。從全球看，2010年平均每輛汽車中半導(dǎo)體含量值已達(dá)到262美元，2013年將達(dá)到305美元，到2017年更可達(dá)到335美元。相比較而言，中國目前平均每輛汽車中半導(dǎo)體含量相對歐美和日本較低，因此發(fā)展前景非常可觀。作為致力于提供豐富多樣的產(chǎn)品和方案的領(lǐng)先廠商，安森美半導(dǎo)體在其重點汽車領(lǐng)域針對客戶的系統(tǒng)要求設(shè)計出與眾不同的解決方案，幫助客戶提高汽車能效，降低能耗，實現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

　　汽車市場環(huán)境及其應(yīng)用需求

　　從汽車市場環(huán)境看，汽車應(yīng)用半導(dǎo)體市場龐大，增速比半導(dǎo)體市場的平均增速還要高。2010年僅中國就生產(chǎn)了1840萬臺汽車。這些汽車增加了許多新的舒適和便利的功能，以及先進(jìn)前照燈系統(tǒng)和LED照明等；另外，由于混合動力汽車及未來排放法規(guī)需求的影響，混合動力、純電動汽車開始提上發(fā)展日程。

　　安森美半導(dǎo)體針對中國市場的重點汽車應(yīng)用包括車載網(wǎng)絡(luò)（IVN）、汽車信息娛樂系統(tǒng)和汽車LED照明三個部分。電源管理和車載網(wǎng)絡(luò)通過發(fā)動機(jī)控制、變速箱、混合動力實現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性和減少排放；電源為微控制器、信息娛樂系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)、車身電腦及網(wǎng)關(guān)提供電力；照明則包括外部（LED、HID、氙氣燈、先進(jìn)前照燈系統(tǒng)（AFS））、內(nèi)部（儀表盤、車門、重點照明）。此外還有用于動力系統(tǒng)的ASIC，以實現(xiàn)發(fā)動機(jī)控制、傳感器、起動交流電機(jī)、變速箱控制。

　　安森美半導(dǎo)體的節(jié)能減排汽車解決方案

　　安森美半導(dǎo)體為車載網(wǎng)絡(luò)、信息娛樂系統(tǒng)和LED照明等汽車應(yīng)用提供各種相應(yīng)的解決方案，幫助車廠滿足各項標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　1） 車載網(wǎng)絡(luò)方案

　　就車載網(wǎng)絡(luò)而言，其優(yōu)勢在于簡化線束和設(shè)計，降低成本和整車重量；將傳統(tǒng)功率線束變?yōu)?a target="_blank">信號線束，提高整車安全性能，降低維修成本；帶有快速診斷功能，使生產(chǎn)安裝及售后更加便利；實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，提供幾乎無限次的軟件升級；便于形成統(tǒng)一的開放電氣平臺，適應(yīng)各種車型，各種配置的變化，縮短研發(fā)周期。因此，目前，國際車廠都在大力引入CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。研究表明，在使用CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，中期可預(yù)見減少二氧化碳排放約為2.6克/公里，每百公里節(jié)約燃油0.11升。車載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)如圖1所示。

　　圖1：車載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)

　　復(fù)雜度從低到高，安森美半導(dǎo)體為LIN、CAN、FlexRay等不同的車載網(wǎng)絡(luò)提供多種方案，如圖2所示。

　　圖2：安森美半導(dǎo)體的車載網(wǎng)絡(luò)方案

　　2） 信息娛樂系統(tǒng)方案

　　安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于信息娛樂系統(tǒng)電源的產(chǎn)品主要有線性穩(wěn)壓器，用于電池及后穩(wěn)壓，以及標(biāo)準(zhǔn)/低靜態(tài)電流、高電源抑制比（PSRR）/超低靜態(tài)電流、跟蹤器和電流感測；開關(guān)電源（SMPS），用于降壓及升壓控制器/穩(wěn)壓器、同步/非同步工作、高頻/低靜態(tài)電流、電池及后穩(wěn)壓；電源管理單元（PMU），具有更高集成度，優(yōu)化了尺寸/性能。這些產(chǎn)品均符合下一代尺寸及能效要求。

　　采用先進(jìn)的電源管理技術(shù)可實現(xiàn)低靜態(tài)電流（Iq）電源管理、休眠喚醒功能和高能效的節(jié)能方法。安森美半導(dǎo)體的Iq 》 60 μA的標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)電流LDO NCV42xx提供了英飛凌TLE42xx器件之外的第二貨源；NCV85xx功能豐富，可替代英飛凌/意法半導(dǎo)體/國半的類似器件或獨家供應(yīng)器件。極低靜態(tài)電流LDO NCV86xx（33 μA《 Iq 《 50 μA）與標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)電流器件引腳對引腳兼容；超低靜態(tài)電流LDO NCV87xx（Iq 《 33 μA）與極低靜態(tài)電流器件引腳對引腳兼容，都可以達(dá)到節(jié)能的目的。

　　用于信息娛樂系統(tǒng)電源的開關(guān)電源有降壓和升壓兩種類型。前者包括穩(wěn)壓器NCV8901/02系列，高性能控制器NCV8851及低成本控制器NCV3020、LV5749NV等。后者包括高性能NCV8871及低成本NCV3063等升壓控制器。

　　電源管理單元NCV8855具有以下特性：開關(guān)電源降壓控制器、2 A開關(guān)電源降壓轉(zhuǎn)換器、2路LDO控制器、2 A高邊開關(guān)，其頻率高達(dá)600 kHz，提供170 kHz、340 kHz選擇，以及ROSC或SYNC選擇。NCV8612為3路LDO輸出，有不同電壓/電流選擇、自動切換（ASO）功能，超低靜態(tài)電流（Iq）《 50 μA可降低功率耗散。NCV8881采用1.5 A開關(guān)電源穩(wěn)壓控制轉(zhuǎn)換器、8.5 V/40 mA/5.0 V/100 mA LDO，具有ROSC及SYNC和看門狗功能，頻率高達(dá)600 kHz。

　　安森美半導(dǎo)體的DSP調(diào)諧器是符合當(dāng)前流行趨勢的高性能方案，適合中高端機(jī)型數(shù)字收音機(jī)。其獨有的連續(xù)模數(shù)算法（CMA）技術(shù)可大幅降低多通道噪音，減少外圍元器件（如線圈、二極管、陶瓷濾波器）達(dá)52個。它支持HD廣播接口，采用LNA/MIX新設(shè)計，對應(yīng)全球頻段，雙調(diào)諧器自適應(yīng)陣列天線（adaptive-array-antenna，簡稱AAA）技術(shù)已成熟。

　　安森美半導(dǎo)體還提供RTIC（Real-time Traffic Information of China）方案，為在中國22個城市的道路信息反饋系統(tǒng)提供出租車反饋的路況信息，然后發(fā)布出去。

　　安森美半導(dǎo)體的汽車信息娛樂系統(tǒng)電源方案，既可滿足高性能要求，也有低成本方案，涵蓋大多數(shù)信息娛樂系統(tǒng)供電應(yīng)用。

　　3） 汽車LED照明方案

　　LED照明具有光效率高、耗電量少、使用壽命長、安全可靠性強(qiáng)、有利環(huán)保和更節(jié)能等優(yōu)勢。LED單管功率為0.03-0.06 W，采用直流驅(qū)動，單管驅(qū)動電壓為1.5-3.5 V，電流15-18 mA。其反映速度快，可高頻操作，用在同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈的萬分之一，熒光管的二分之一。

　　常見的汽車LED照明驅(qū)動方案包括電阻、線性穩(wěn)流器（CCR）、線性穩(wěn)壓器及開關(guān)穩(wěn)壓器等，這些不同方案的能效相繼提升，但復(fù)雜度也在不斷提高。其中，電阻成本最低，無電磁干擾問題，依賴于電壓，能效最低，可簡單地限制LED最大電流，但能效也最低，且存在LED篩選成本及熱失控等問題。CCR性能優(yōu)于電阻，成本低于線性穩(wěn)壓器，無電磁干擾問題，電壓范圍寬，采用高功率密度封裝，可保護(hù)LED，符合AEC-Q101認(rèn)證，能效較低。線性穩(wěn)壓器穩(wěn)流精度為±2%，采用多線路，過功率自穩(wěn)壓，無EMI問題，成本適中，能效也不太高。開關(guān)穩(wěn)壓器能效高，需要專用插口，成本較高，會產(chǎn)生電磁干擾。

　　安森美半導(dǎo)體的汽車應(yīng)用LED驅(qū)動器非常豐富。線性穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用是中央高位停車燈、組合尾燈（轉(zhuǎn)向信號燈、尾燈、剎車燈）、側(cè)轉(zhuǎn)向燈、背光；特點是低電流LED（~20mA）、低總功耗、高達(dá)85 ?C環(huán)境溫度及低系統(tǒng)集成度。具體方案包括NSI45xxx（10mA–160mA / 45V）CCR、NUD4001（500mA/30V）LED驅(qū)動器和NUD4011（70mA/200V）LED驅(qū)動器。開關(guān)穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用是內(nèi)部照明、組合尾燈（光導(dǎo)）、前照燈（第一代）和氛圍燈；特點是功率LED（700 mA）、中等到高總能耗、高達(dá)125 ?C環(huán)境溫度及低系統(tǒng)集成度；具體方案有NCV3065/6（1.5 A）恒流LED開關(guān)穩(wěn)壓器和NCV8871升壓控制器。照明管理集成電路（LMIC）的典型應(yīng)用是前照燈（遠(yuǎn)光燈、近光燈、日間行車燈、示廓燈、轉(zhuǎn)向指示燈、霧燈、靜態(tài)轉(zhuǎn)向燈、側(cè)標(biāo)志燈等）、高級前照燈系統(tǒng)（AFS）、組合尾燈；其功率LED為700 mA，中等到高的總功耗，適合高達(dá)125?C環(huán)境溫度，是完整的子系統(tǒng)；具體方案有汽車前照燈應(yīng)用專用高集成度LED控制器NCV78663和組合尾燈用線性穩(wěn)流器及控制器NCV7680。

　　汽車LED照明實例

　　安森美半導(dǎo)體提供從低電流到大電流的完整LED驅(qū)動器，包括分立、標(biāo)準(zhǔn)及全定制產(chǎn)品在內(nèi)的豐富產(chǎn)品，所有產(chǎn)品均通過AEC-Q100認(rèn)證。這里以兩款產(chǎn)品為例介紹LED照明的實際應(yīng)用。

　　1） 功率LED前照燈方案

　　傳統(tǒng)鹵素前大燈功率為55 W，LED前大燈功率僅為30W，LED前大燈可節(jié)約45%的能耗。LED前照燈要求支持從單個LED到多個LED串，電壓高達(dá)60 V，可進(jìn)行PWM調(diào)光（如用于示廓燈），采用高能效集成驅(qū)動器，滿足LED串低EMC輻射、診斷、通信接口要求。

　　安森美半導(dǎo)體是目前為數(shù)不多能提供LED前大燈解決方案的半導(dǎo)體供應(yīng)商之一。其NCV78663功率LED前照燈方案（圖3）是一個系統(tǒng)集成方案，外部元件極少，采用降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；LED穩(wěn)流器具有恒定的平均電流、高能效集成降壓開關(guān)穩(wěn)壓器（高端）、電流達(dá)2 A、擴(kuò)展診斷功能、熱保護(hù)；可藉SPI接口和/或OTP設(shè)置來定制系統(tǒng)，單個器件支持多種系統(tǒng)配置，為OEM提供元件更少模塊版本；源自電池的EMC較低，輻射至LED串的EMC較低，總能效高（》90%）。

　　圖3：功率LED前照燈方案

　　2） 組合尾燈方案

　　組合尾燈有兩種形式——SuperFlux和SnapLED。安森美半導(dǎo)體的NCV7680線性穩(wěn)流器可用于這些尾燈。其特點是恒流輸出用于LED串驅(qū)動，具有LED開路診斷、漏極輸出、歪曲率控制消除EMI顧慮的功能；低壓降工作用于預(yù)穩(wěn)壓器應(yīng)用，能用于外部調(diào)制；片上1 kHz尾緣PWM調(diào)光；單電阻用于停止電流設(shè)定點及尾緣調(diào)光設(shè)定點；過壓及過溫條件下可調(diào)低（set back）功率限制，電路如圖4所示。

　　圖4：汽車LED尾燈線性穩(wěn)流器

　　總結(jié)

　　安森美半導(dǎo)體汽車業(yè)務(wù)的重點是利用ASIC + ASSP + 分立器件 = 方案的汽車方案策略，以豐富的發(fā)動機(jī)控制、變速箱、混合動力-電動汽車（HEV）方案，以及信息娛樂系統(tǒng)方案和LED照明方案滿足提高燃油經(jīng)濟(jì)性及減少排放的需求。