安森美半導(dǎo)體先進(jìn)汽車(chē)電子方案推動(dòng)節(jié)能減排

為了實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的節(jié)能減排，整車(chē)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(chē)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(guó)目前平均每輛汽車(chē)中半導(dǎo)體含量相對(duì)歐美和日本較低，因此發(fā)展前景非?？捎^。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(diǎn)汽車(chē)領(lǐng)域針對(duì)客戶的系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)出與眾不同的解決方案，幫助客戶提高汽車(chē)能效，降低能耗，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

汽車(chē)市場(chǎng)環(huán)境及其應(yīng)用需求
從汽車(chē)市場(chǎng)環(huán)境看，汽車(chē)應(yīng)用半導(dǎo)體市場(chǎng)龐大，增速比半導(dǎo)體市場(chǎng)的平均增速還要高。2010年僅中國(guó)就生產(chǎn)了1840萬(wàn)臺(tái)汽車(chē)。這些汽車(chē)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(dòng)力汽車(chē)及未來(lái)排放法規(guī)需求的影響，混合動(dòng)力、純電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)始提上發(fā)展日程。

安森美半導(dǎo)體針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的重點(diǎn)汽車(chē)應(yīng)用包括車(chē)載網(wǎng)絡(luò)(IVN)、汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)和汽車(chē)LED照明三個(gè)部分。電源管理和車(chē)載網(wǎng)絡(luò)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制、變速箱、混合動(dòng)力實(shí)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(lè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)、車(chē)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(pán)、車(chē)門(mén)、重點(diǎn)照明)。此外還有用于動(dòng)力系統(tǒng)的ASIC，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制、傳感器、起動(dòng)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(chē)解決方案
安森美半導(dǎo)體為車(chē)載網(wǎng)絡(luò)、信息娛樂(lè)系統(tǒng)和LED照明等汽車(chē)應(yīng)用提供各種相應(yīng)的解決方案，幫助車(chē)廠滿足各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1) 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)方案
就車(chē)載網(wǎng)絡(luò)而言，其優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)化線束和設(shè)計(jì)，降低成本和整車(chē)重量；將傳統(tǒng)功率線束變?yōu)樾盘?hào)線束，提高整車(chē)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，提供幾乎無(wú)限次的軟件升級(jí)；便于形成統(tǒng)一的開(kāi)放電氣平臺(tái)，適應(yīng)各種車(chē)型，各種配置的變化，縮短研發(fā)周期。因此，目前，國(guó)際車(chē)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(jiàn)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(chē)載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)如圖1所示。

 
圖1：車(chē)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L(zhǎng)IN、CAN、FlexRay等不同的車(chē)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(chē)載網(wǎng)絡(luò)方案

2) 信息娛樂(lè)系統(tǒng)方案
安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于信息娛樂(lè)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(cè)；開(kāi)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(shí)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(guó)半的類(lèi)似器件或獨(dú)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(duì)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(duì)引腳兼容，都可以達(dá)到節(jié)能的目的。

用于信息娛樂(lè)系統(tǒng)電源的開(kāi)關(guān)電源有降壓和升壓兩種類(lèi)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(kāi)關(guān)電源降壓控制器、2 A開(kāi)關(guān)電源降壓轉(zhuǎn)換器、2路LDO控制器、2 A高邊開(kāi)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(dòng)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(kāi)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(mén)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(shì)的高性能方案，適合中高端機(jī)型數(shù)字收音機(jī)。其獨(dú)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(gè)。它支持HD廣播接口，采用LNA/MIX新設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)全球頻段，雙調(diào)諧器自適應(yīng)陣列天線(adaptive-array-antenna，簡(jiǎn)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(guó)22個(gè)城市的道路信息反饋系統(tǒng)提供出租車(chē)反饋的路況信息，然后發(fā)布出去。

安森美半導(dǎo)體的汽車(chē)信息娛樂(lè)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(lè)系統(tǒng)供電應(yīng)用。

3) 汽車(chē)LED照明方案
LED照明具有光效率高、耗電量少、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠性強(qiáng)、有利環(huán)保和更節(jié)能等優(yōu)勢(shì)。LED單管功率為0.03-0.06 W，采用直流驅(qū)動(dòng)，單管驅(qū)動(dòng)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(wàn)分之一，熒光管的二分之一。

常見(jiàn)的汽車(chē)LED照明驅(qū)動(dòng)方案包括電阻、線性穩(wěn)流器(CCR)、線性穩(wěn)壓器及開(kāi)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(wú)電磁干擾問(wèn)題，依賴于電壓，能效最低，可簡(jiǎn)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(wèn)題。CCR性能優(yōu)于電阻，成本低于線性穩(wěn)壓器，無(wú)電磁干擾問(wèn)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(guò)功率自穩(wěn)壓，無(wú)EMI問(wèn)題，成本適中，能效也不太高。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器能效高，需要專用插口，成本較高，會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。

安森美半導(dǎo)體的汽車(chē)應(yīng)用LED驅(qū)動(dòng)器非常豐富。線性穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用是中央高位停車(chē)燈、組合尾燈(轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、尾燈、剎車(chē)燈)、側(cè)轉(zhuǎn)向燈、背光；特點(diǎn)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(dòng)器和NUD4011(70mA/200V)LED驅(qū)動(dòng)器。開(kāi)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(diǎn)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(kāi)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(chē)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(jí)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(chē)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(chē)LED照明實(shí)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(dòng)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(guò)AEC-Q100認(rèn)證。這里以兩款產(chǎn)品為例介紹LED照明的實(shí)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(gè)LED到多個(gè)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(dòng)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N(xiāo)CV78663功率LED前照燈方案(圖3)是一個(gè)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(kāi)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(lái)定制系統(tǒng)，單個(gè)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(diǎn)是恒流輸出用于LED串驅(qū)動(dòng)，具有LED開(kāi)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(diǎn)及尾緣調(diào)光設(shè)定點(diǎn)；過(guò)壓及過(guò)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(chē)LED尾燈線性穩(wěn)流器

總結(jié)
安森美半導(dǎo)體汽車(chē)業(yè)務(wù)的重點(diǎn)是利用ASIC + ASSP + 分立器件 = 方案的汽車(chē)方案策略，以豐富的發(fā)動(dòng)機(jī)控制、變速箱、混合動(dòng)力-電動(dòng)汽車(chē)(HEV)方案，以及信息娛樂(lè)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。