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    智動(dòng)化 / 文章 /

    從48V直接降壓到3.3V的DC/DC轉(zhuǎn)換器IC技術(shù)
    [作者 ROHM]   2016年06月21日 星期二 瀏覽人次: [11987]


    近年由於節(jié)能意識(shí)抬頭,各領(lǐng)域皆為了減低功率切換損失而不遺餘力,也因此在汽車業(yè)界,目前搭載耗油量改善效果比傳統(tǒng)12V電源系統(tǒng)高、有安全性考量之48V電源系統(tǒng)的油電混合車﹙Hybrid car﹚備受矚目。


    不過,驅(qū)動(dòng)一般車用MCU或控制系統(tǒng)所必要之3.3V或5V並沒有可以從48V直接降壓之高降壓比電源IC,必須製造12V等中間電壓以2階段方式降壓。另一方面,為了避免影響廣播頻段,同時(shí)也需要2MHz以上的高頻運(yùn)作。


    為了做出這種符合「高輸入、低輸出、高頻率動(dòng)作」等市場(chǎng)需求,必須將開關(guān)啟動(dòng)時(shí)間變短,然而傳統(tǒng)的方法容易受到雜訊影響,開關(guān)啟動(dòng)時(shí)間難以極小化。


    ROHM株式會(huì)社已成功研發(fā)可以從汽車或工具機(jī)等需求高漲之48V高輸入電壓直接降壓到3.3V或5V等低電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換IC技術(shù)。本技術(shù)內(nèi)建高耐壓MOSFET,可承受80V高電壓,亦藉由獨(dú)家脈衝控制技術(shù)來達(dá)成20ns的業(yè)界最小啟動(dòng)﹙switching on﹚時(shí)間。也因此,電源系統(tǒng)可以一面使用2MHz之固定開關(guān)頻率﹙switching frequency﹚一面從48V穩(wěn)定降壓到3.3V。



    圖1
    圖1

    由於大幅提升了降壓比,因此除了不需要藉由第二電源IC等進(jìn)行中間切換外,亦將輕易做到以電流模式控制之相位補(bǔ)償,大大提升對(duì)各種應(yīng)用之高效率化及小型化、並減輕設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。


    運(yùn)用最小開關(guān)啟動(dòng)時(shí)間,協(xié)助汽車或工具機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)作

    最小開關(guān)啟動(dòng)時(shí)間,讓降低穩(wěn)定電壓化為可能

    此次由於活用短時(shí)間控制脈衝的ROHM獨(dú)家技術(shù),成功做到了傳統(tǒng)產(chǎn)品1/6的業(yè)界最小開關(guān)啟動(dòng)時(shí)間20ns。因此,可以從48V電源系統(tǒng)以3.3V穩(wěn)定輸出電壓驅(qū)動(dòng)各功能。此外,亦將驅(qū)動(dòng)頻率固定為無線AM頻段1.84MHz(MAX)範(fàn)圍外的2MHz,無須擔(dān)心頻率的干擾。



    圖2
    圖2

    利用電流模式控制,輕易實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償

    類似DC/DC轉(zhuǎn)換器般之開關(guān)電源擁有反饋控制電路,需要相位補(bǔ)償來防止異常振盪。電流模式控制可以輕易設(shè)定相位補(bǔ)償,但另一方面則有開關(guān)啟動(dòng)時(shí)間變短且控制本身變難的課題。本IC由於採用了能以短脈衝幅控制電流的電流模式,故可輕易實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償,對(duì)減輕整機(jī)設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)有所貢獻(xiàn)。在廣泛的輸入電壓範(fàn)圍中,只要2個(gè)零件即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)作。



    圖3
    圖3

    藉由高輸入電壓範(fàn)圍來應(yīng)對(duì)廣泛應(yīng)用

    由於採用ROHM製高耐壓MOSFET,相較於傳統(tǒng)製品,成功將輸入電壓範(fàn)圍擴(kuò)大到約4.6倍的12~65V,因此可供應(yīng)車用裝置到工具機(jī)等廣泛應(yīng)用。



    圖4
    圖4

    採用散熱性高的小型封裝

    耐壓的提升將產(chǎn)生散熱問題,一直以來都難以小型化。不過,VQFN24SV4040由於底部散熱,故可以採用4.0 x 4.0 x 1.0mm之封裝,相較於傳統(tǒng)產(chǎn)品,縮小了54%。


    搭配各種保護(hù)功能,確保安全性

    與傳統(tǒng)產(chǎn)品同?亦搭配了以下保護(hù)功能,可讓IC安全驅(qū)動(dòng)。


    * 應(yīng)對(duì)AEC-Q100


    * 過電流保護(hù)功能


    * 低輸入誤動(dòng)作防止功能


    * 高輸入誤動(dòng)作防止功能


    * 輸出過電壓保護(hù)功能


    * 溫度保護(hù)功能


    * 負(fù)載短路保護(hù)功能


    名詞註釋

    *DC/DC轉(zhuǎn)換器: 電源IC的一種,將電壓從直流(DC)轉(zhuǎn)換至直流。一般存在有降低電壓之降壓及提升電壓之升壓。


    *脈衝﹙Pulse): 擁有一定幅度之矩形波。藉由改變脈衝幅度,可以控制電流或電壓。


    *相位補(bǔ)償: 穩(wěn)定電源電路使其運(yùn)作並將輸出電壓保持穩(wěn)定所必要之電路。


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