先进汽车电子方案推动节能减排

只看该作者 · 2013-9-29 20:04

为了实现汽车的节能减排，整车制造商都在不遗余力地采用各种可行的电子部件，而这些部件的效果在很大程度上取决于组成它们的半导体产品。从全球看，2010年平均每辆汽车中半导体含量值已达到262美元，2013年将达到305美元，到2017年更可达到335美元。相比较而言，中国目前平均每辆汽车中半导体含量相对欧美和日本较低，因此发展前景非常可观。作为致力于提供丰富多样的产品和方案的领先厂商，安森美半导体在其重点汽车领域针对客户的系统要求设计出与众不同的解决方案，帮助客户提高汽车能效，降低能耗，实现环境的可持续发展。

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。

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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

复杂度从低到高，安森美半导体为LIN、CAN、FlexRay等不同的车载网络提供多种方案，如图2所示。

图2：安森美半导体的车载网络方案

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1) 信息娱乐系统方案

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。

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。

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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。

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2) 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 ˚C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 ˚C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˚C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。

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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

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1) 组合尾灯方案

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

总结

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。

先进汽车电子方案推动节能减排

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