车用电源管理的挑战如何破解？瑞萨、ADI等四大厂商方案支招

本站原创，作者：章鹰，电子发烧友执行副主编。

电源设计技术的主要驱动因素是价格和功率，但近些年来，满足强制性效率及安全法规已成为最主要的因素。尤其是在智能网联汽车和新能源汽车领域，这是重点之一。ADI公司电源系统工程总监梁再信指出，电源设计面对越来越多的挑战，特别是效率的提升，EMI和占板面积。对系统的设计与优化都提出了很多挑战。

电子设备在汽车上的诸多应用，造成车用电源管理与供电系统变得更为先进与复杂，使得电源管理的问题便成为汽车设计端的最大挑战。瑞萨、ADI、PI和Dialog公司推出了专门针对汽车BMS系统、混合动力系统、整车控制器系统、车载信息娱乐系统使用的电源驱动IC，小编为大家梳理。

瑞萨：100V半桥驱动器为12V - 48V汽车混合动力系统的双向电源控制器MOSFET提供安全驱动

2016年9月，瑞萨花费32亿美元收购美国芯片制造商intersil，加强在模拟、电源领域的布局，以配合瑞萨电子最强大的MCU、Soc等处理器产品线。这宗交易使瑞萨进入规模达100亿美元的电力管理芯片市场。Intersil一直在研究如何延长电动车用电池寿命等使用效率问题。

瑞萨电子株式会社高级副总裁、瑞萨电子中国董事长真冈朋光介绍说，目前瑞萨电子主要产品包括微控制器（MCU）、片上系统（SoC）、模拟及功率器件等，广泛应用到汽车、工业、家电、办公自动化、AI、信息通讯等领域，全球销售额约为7800亿日元，全球员工约2万人。

2018年11月7日，瑞萨宣布推出全新汽车应用级的 100V、4A 半桥N-MOSFET系列驱动器--- ISL784x4。ISL784x4 系列驱动器包括三个型号： ISL78424 、 ISL78444（三态电平PWM 输入，高边和低边驱动输出）和 ISL78434（高边和低边驱动独立输入和输出）。

瑞萨电子株式会社汽车系统项目管理部副总裁大道昭表示：“我们新推出的 ISL784x4 系列半桥驱动器是首个将栅极电压检测的自适应死区时间控制与独立的源电流和灌电流驱动控制相结合的驱动器产品。高度集成的 ISL78424、ISL78434 和 ISL78444 在同类产品中拥有多项最佳的特性，性能优于竞争对手的半桥驱动器，同时为我们的客户提供了最佳的性能和易用性。”

ISL78424、ISL78434 和 ISL78444 的主要特性

●    3A 源电流 / 4A 灌电流驱动输出

●    三态电平 PWM 输入（ISL78424 和 ISL78444）

●    独立 HI/LI 驱动输入 ( ISL78434 )

●    独立源电流和灌电流驱动输出（ISL78424和ISL78434）

●    8V 至 18V 的宽电源电压范围

●    集成的 3Ω 自举 FET 开关，无需外部肖特基二极管

●    单电阻控制调节自适应死区时间

●    符合AEC-Q100 1级标准，- 40°C至 + 140°C运行温度范围

瑞萨电子通过 AEC-Q100 认证的 100V 半桥驱动器能够安全驱动 MOSFET，适用于 12V 至 48V 汽车混合动力系统中的双向控制器。先进的 ISL784x4 MOSFET 驱动器系列支持高电流 DC/DC 转换，提供可调死区时间和最大化效率。ISL784x4 驱动器还非常适用于 12V 至 24V 双向 DC/DC 转换器，以及其他高电流降压或升压应用。

ISL784x4 驱动器通过提供独立的源电流和灌电流驱动引脚，简化了大电流 MOSFET 的驱动。籍此，设计人员可以轻松使用外部驱动电阻调节 DC/DC 转换器开关节点电压的上升和下降速率，从而降低电磁干扰 ( EMI )。ISL784x4 还提供自适应死区时间控制，以确保准确的先关后开的开关操作， 防止在两个 DC/DC 转换器开关同时开通时可能发生的直通电流。 此外，ISL78424 和 ISL78434 的自适应死区时间控制功能可以在 MOSFET 的栅极检测电压， 消除了由于驱动电阻上压降造成的潜在驱动电压检测误差。

ISL784x4 系列驱动器非常适合大电流 DC/DC 电源转换器应用，例如用于 48V 轻混合动力车辆的 12 - 48V 电源转换器。它们通过提供具有 3A 峰值源电流和 4A 峰值灌电流的强大驱动能力来提高效率。强大的栅极驱动能力使它们能够快速开关具有大栅极电容的大电流 MOSFET，从而降低开关损耗。半桥 MOSFET 驱动器的自适应死区时间控制可最大限度地减少多余的死区时间，从而降低传导损耗并进一步提高 DC/DC 电源的转换效率。此外，ISL784x4 系列驱动器提供的额定电压适用于 48V 汽车系统，对于这种系统，开关节点可承受 70V 直流电压，并在不频繁的情况下承受高达 86V 的瞬态电压。同样，高边驱动器的自举节点可以承受 86V 直流电压和高达 100V 的瞬态电压。

ADI：第四代锂电池主监控IC产品LTC6811

汽车产业，更加重视EMI问题和功能安全性问题，对于器件的品质和可靠性都非常关注，这其实也是ADI长期以来非常重视的。特别是ADI电源相关产品，对大部分参数均承诺全温度范围内参数一致性，为客户提升产品可靠性和稳定性奠定了坚实基础。

动力电池因为高能量密度特性成为新能源车辆的主要动力源，占整车成本比重较高，在纯电动汽车中高达40%，是新能源汽车“三电”核心关键技术之一。BMS（电池管理系统）技术通过对动力电池的热管理，启停电池冷却系统，管理单体电池之间的均衡，防止单体电池过充过放产生危险，并监测整体电池的健康状态，从而提高电池组效率、延长寿命并确保安全性，已成为新能源汽车提升续航里程、降低整车成本的重要设计考虑点。

由于锂电池在混合动力汽车和纯电动汽车领域的出色电能和功率特性，汽车行业目前普遍选用锂电池解决方案。动力锂离子电池组包含大量的电池单元，工作电压和电流很高，必须正确监控且对强弱电信号进行隔离，才能提高电池效率、延长电池寿命，同时确保电池组的安全性。

图：ADI针对汽车能量管理的完整解决方案。

ADI第四代锂电池主监控IC产品LTC6811，能够对12个通道的电压和温度进行监测(未来产品提供更灵活的通道数)，极限精度优于1.2 mV；可采用菊花链连接；提供业界最快的转换速度和最佳数据保护；可在290μs内检测12个通道的数据；并提供被动式电池单元平衡控制功能。而专为汽车应用优化的数字隔离器iCoupler，具有高速率下最低功耗性能的同时，还具有封装尺寸小、通道选项多的优势，所需组件量和占用电路板面积都最小。isoPower是 ADI 独特的集成电源数字隔离器解决方案，它提供隔离电源和多通道数字隔离功能；与分立式DC至DC隔离器加数字隔离器的方案相比，isoPower的成本更低、占用面积更小。

基于LTC6811产品、iCoupler和isoPower技术的ADI最新一代锂电池BMS解决方案，具备高精度监控功能，在苛刻的环境下能够保持良好的性能，提供可靠、安全的电量管理，并能有效降低系统的整体成本。

PI：SCALE-iDriver系列门驱动器IC

效率是电动汽车至关重要的因素，Power Integrations大功率产品高级市场总监Michael Hornkamp表示：“随着我们最新的1700 V SCALE-iDriver IC的推出，生产厂商可以使用相同的平台为涵盖400 VAC到690 VAC输入电压的所有应用开发电源，从而简化设计过程。FluxLink技术可取代比较常用但存在问题隐患的光耦器件，SCALE技术有助于轻松、快速地完成紧凑、坚固且可靠的设计。”

PI多年来一直是牵引用IGBT和门极驱动器的领导者，在坚固耐用、高可靠性和高效率方面享有盛誉。我们在实际工作中，除了效率之外，对汽车安全可靠性工作放在首位。

用于隔离通信的光耦器是一个薄弱环节，因为它们存在众所周知的老化机制。Power Integrations的SCALE-iDriver系列门极驱动器IC可同时为IGBT和MOSFET提供驱动，它们将FluxLink磁感双向通信技术引入到1200 V和1700 V驱动器应用，可省去寿命相对较短的光电器件和相关补偿电路，从而增强系统运行的可靠性，同时降低系统的复杂度。

该IC集成了中压和高压应用中常用的先进的系统安全和保护功能，进一步增强了产品可靠性。此外，它们所采用的创新的eSOP封装具有9.5 mm爬电距离，并且相对漏电起痕指数(CTI)为600，可确保实现更大的工作电压裕量和更高的系统可靠性。

1700 V SCALE-iDriver IC在不使用外部推动级的情况下，可提供最大8 A的门极电流并支持110 kW以上的逆变器；在使用外部推动级的情况下，可提供最大30 A的门极电流并支持400 kW以上的逆变器。1700 V SCALE-iDriver IC适用于工业驱动、电源/UPS、所有尺寸的光伏逆变器、工业暖通空调(HVAC)、EV充电桩、牵引设备以及商用电动车。

Dialog：高度集成的汽车级PMIC

作为目前全球最大的智能手机电源管理IC供应商，Dialog占据了全球20%的电源管理芯片市场。Dialog当前主要为苹果产品供应PMIC模块（电源管理集成电路）供应商， 主打充电和蓝牙低功耗技术。在汽车车载电源管理领域，Dialog显然也是有备而来。

图：Dialog CEO Jalal Bagherli博士

在2018年第三季度业绩报告会上，Dialog CEO Jalal Bagherli博士表示：“Apple在过去10年中取得的成功是对Dialog独特技术的验证，让我们对未来的增长潜力充满信心。Dialog还获得了广泛的新合同，包括PMIC的开发和供应使用; 音频子系统; 跨多个下一代产品资产的充电和其他IC。新合同的收入预计将从2019年开始实现，并加速到2020年。”

正是看到这一明显趋势：移动技术与汽车持续融合，意味着车载信息娱乐系统正在快速演变为结合娱乐、3D导航和驾驶员安全信息的平台，并融合环视摄像头处理技术。

为了满足当今汽车制造商和系统供应商对联网汽车电源管理的严苛要求，Dialog公司提供一系列复合汽车行业严格质量和可靠性要求的汽车级系统PMIC和子PMIC。

Dialog高度集成的汽车级PMIC具有强大的内置可配置引擎。Dialog对系统PMIC和子PMIC的独特分区技术提供了可扩展性和灵活性的优势，同时能在恶劣的温度环境中分配功率消耗。这为系统设计人员提供了信心，通过解决电源排序、散热和系统控制挑战，在添加新外设时可以定制参考设计。从而获得安全、可靠、高度优化、并且实现差异化的电源设计。

所有Dialog汽车级电源管理产品均通过AEC-Q100认证。Dialog独特的系统PMIC和子PMIC可以扩展电源以匹配处理器需求。内置的可配置特性有助于最大限度提高软件重复利用率、缩短验证周期、并帮助客户优化系统BOM，而且可以应用于多种不同级别的终端产品。