汽车市场环境及其应用需求
从汽车市场环境看,汽车应用半导体市场庞大,增速比半导体市场的平均增速还要高。2010年仅中国就生产了1840万台汽车。这些汽车增加了许多新的舒适和便利的功能,以及先进前照灯系统和LED照明等;另外,由于混合动力汽车及未来排放法规需求的影响,混合动力、纯电动汽车开始提上发展日程。
安森美半导体针对中国市场的重点汽车应用包括车载网络(IVN)、汽车信息娱乐系统和汽车LED照明三个部分。电源管理和车载网络通过发动机控制、变速箱、混合动力实现燃油经济性和减少排放;电源为微控制器、信息娱乐系统、远程信息系统、车身电脑及网关提供电力;照明则包括外部(LED、HID、氙气灯、先进前照灯系统(AFS))、内部(仪表盘、车门、重点照明)。此外还有用于动力系统的ASIC,以实现发动机控制、传感器、起动交流电机、变速箱控制。
安森美半导体的节能减排汽车解决方案
安森美半导体为车载网络、信息娱乐系统和LED照明等汽车应用提供各种相应的解决方案,帮助车厂满足各项标准的要求。
1)车载网络方案
就车载网络而言,其优势在于简化线束和设计,降低成本和整车重量;将传统功率线束变为信号线束,提高整车安全性能,降低维修成本;带有快速诊断功能,使生产安装及售后更加便利;实现复杂的控制功能,提供几乎无限次的软件升级;便于形成统一的开放电气平台,适应各种车型,各种配置的变化,缩短研发周期。因此,目前,国际车厂都在大力引入CAN网络技术。研究表明,在使用CAN网络技术后,中期可预见减少二氧化碳排放约为2.6克/公里,每百公里节约燃油0.11升。车载网络标准的演进如图1所示。
图1:车载网络标准的演进
图2:安森美半导体的车载网络方案
安森美半导体应用于信息娱乐系统电源的产品主要有线性稳压器,用于电池及后稳压,以及标准/低静态电流、高电源抑制比(PSRR)/超低静态电流、跟踪器和电流感测;开关电源(SMPS),用于降压及升压控制器/稳压器、同步/非同步工作、高频/低静态电流、电池及后稳压;电源管理单元(PMU),具有更高集成度,优化了尺寸/性能。这些产品均符合下一代尺寸及能效要求。
采用先进的电源管理技术可实现低静态电流(Iq)电源管理、休眠唤醒功能和高能效的节能方法。安森美半导体的Iq > 60 μA的标准静态电流LDO NCV42xx提供了英飞凌TLE42xx器件之外的第二货源;NCV85xx功能丰富,可替代英飞凌/意法半导体/国半的类似器件或独家供应器件。极低静态电流LDO NCV86xx(33 μA< Iq < 50 μA)与标准静态电流器件引脚对引脚兼容;超低静态电流LDO NCV87xx(Iq < 33 μA)与极低静态电流器件引脚对引脚兼容,都可以达到节能的目的。[page]
用于信息娱乐系统电源的开关电源有降压和升压两种类型。前者包括稳压器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等升压控制器。
电源管理单元NCV8855具有以下特性:开关电源降压控制器、2 A开关电源降压转换器、2路LDO控制器、2 A高边开关,其频率高达600 kHz,提供170 kHz、340 kHz选择,以及ROSC或SYNC选择。NCV8612为3路LDO输出,有不同电压/电流选择、自动切换(ASO)功能,超低静态电流(Iq)< 50 μA可降低功率耗散。NCV8881采用1.5 A开关电源稳压控制转换器、8.5 V/40 mA/5.0 V/100 mA LDO,具有ROSC及SYNC和看门狗功能,频率高达600 kHz。
安森美半导体的DSP调谐器是符合当前流行趋势的高性能方案,适合中高端机型数字收音机。其独有的连续模数算法(CMA)技术可大幅降低多通道噪音,减少外围元器件(如线圈、二极管、陶瓷滤波器)达52个。它支持HD广播接口,采用LNA/MIX新设计,对应全球频段,双调谐器自适应阵列天线(adaptive-array-antenna,简称AAA)技术已成熟。
安森美半导体还提供RTIC(Real-time Traffic Information of China)方案,为在中国22个城市的道路信息反馈系统提供出租车反馈的路况信息,然后发布出去。
安森美半导体的汽车信息娱乐系统电源方案,既可满足高性能要求,也有低成本方案,涵盖大多数信息娱乐系统供电应用。
3) 汽车LED照明方案
LED照明具有光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强、有利环保和更节能等优势。LED单管功率为0.03-0.06 W,采用直流驱动,单管驱动电压为1.5-3.5 V,电流15-18 mA。其反映速度快,可高频操作,用在同样照明效果的情况下,耗电量是白炽灯的万分之一,荧光管的二分之一。
常见的汽车LED照明驱动方案包括电阻、线性稳流器(CCR)、线性稳压器及开关稳压器等,这些不同方案的能效相继提升,但复杂度也在不断提高。其中,电阻成本最低,无电磁干扰问题,依赖于电压,能效最低,可简单地限制LED最大电流,但能效也最低,且存在LED筛选成本及热失控等问题。CCR性能优于电阻,成本低于线性稳压器,无电磁干扰问题,电压范围宽,采用高功率密度封装,可保护LED,符合AEC-Q101认证,能效较低。线性稳压器稳流精度为±2%,采用多线路,过功率自稳压,无EMI问题,成本适中,能效也不太高。开关稳压器能效高,需要专用插口,成本较高,会产生电磁干扰。
安森美半导体的汽车应用LED驱动器非常丰富。线性稳压器的典型应用是中央高位停车灯、组合尾灯(转向信号灯、尾灯、刹车灯)、侧转向灯、背光;特点是低电流LED(~20mA)、低总功耗、高达85℃环境温度及低系统集成度。具体方案包括NSI45xxx(10mA–160mA / 45V)CCR、NUD4001(500mA/30V)LED驱动器和NUD4011(70mA/200V)LED驱动器。开关稳压器的典型应用是内部照明、组合尾灯(光导)、前照灯(第一代)和氛围灯;特点是功率LED(700 mA)、中等到高总能耗、高达125℃环境温度及低系统集成度;具体方案有NCV3065/6(1.5 A)恒流LED开关稳压器和NCV8871升压控制器。照明管理集成电路(LMIC)的典型应用是前照灯(远光灯、近光灯、日间行车灯、示廓灯、转向指示灯、雾灯、静态转向灯、侧标志灯等)、高级前照灯系统(AFS)、组合尾灯;其功率LED为700 mA,中等到高的总功耗,适合高达125℃环境温度,是完整的子系统;具体方案有汽车前照灯应用专用高集成度LED控制器NCV78663和组合尾灯用线性稳流器及控制器NCV7680。
汽车LED照明实例
安森美半导体提供从低电流到大电流的完整LED驱动器,包括分立、标准及全定制产品在内的丰富产品,所有产品均通过AEC-Q100认证。这里以两款产品为例介绍LED照明的实际应用。
1) 功率LED前照灯方案
传统卤素前大灯功率为55 W,LED前大灯功率仅为30W,LED前大灯可节约45%的能耗。LED前照灯要求支持从单个LED到多个LED串,电压高达60 V,可进行PWM调光(如用于示廓灯),采用高能效集成驱动器,满足LED串低EMC辐射、诊断、通信接口要求。
安森美半导体是目前为数不多能提供LED前大灯解决方案的半导体供应商之一。其NCV78663功率LED前照灯方案(图3)是一个系统集成方案,外部元件极少,采用降压-升压拓扑结构;LED稳流器具有恒定的平均电流、高能效集成降压开关稳压器(高端)、电流达2 A、扩展诊断功能、热保护;可藉SPI接口和/或OTP设置来定制系统,单个器件支持多种系统配置,为OEM提供元件更少模块版本;源自电池的EMC较低,辐射至LED串的EMC较低,总能效高(>90%)。
图3:功率LED前照灯方案
组合尾灯有两种形式——SuperFlux和SnapLED。安森美半导体的NCV7680线性稳流器可用于这些尾灯。其特点是恒流输出用于LED串驱动,具有LED开路诊断、漏极输出、歪曲率控制消除EMI顾虑的功能;低压降工作用于预稳压器应用,能用于外部调制;片上1 kHz尾缘PWM调光;单电阻用于停止电流设定点及尾缘调光设定点;过压及过温条件下可调低(set back)功率限制,电路如图4所示。
图4:汽车LED尾灯线性稳流器
安森美半导体汽车业务的重点是利用ASIC+ASSP+分立器件=方案的汽车方案策略,以丰富的发动机控制、变速箱、混合动力-电动汽车(HEV)方案,以及信息娱乐系统方案和LED照明方案满足提高燃油经济性及减少排放的需求。(end)
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