為了實現汽車的節能減排，整車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體產品。從全球看，2010年平均每輛汽車中半導體含量值已達到262美元，2013年將達到305美元，到2017年更可達到335美元。相比較而言，中國目前平均每輛汽車中半導體含量相對歐美和日本較低，因此發展前景非常可觀。作為致力于提供豐富多樣的產品和方案的領先廠商，安森美半導體在其重點汽車領域針對客戶的系統要求設計出與眾不同的解決方案，幫助客戶提高汽車能效，降低能耗，實現環境的可持續發展。

 

汽車市場環境及其應用需求

從汽車市場環境看，汽車應用半導體市場龐大，增速比半導體市場的平均增速還要高。2010年僅中國就生產了1840萬臺汽車。這些汽車增加了許多新的舒適和便利的功能，以及先進前照燈系統和LED照明等；另外，由于混合動力汽車及未來排放法規需求的影響，混合動力、純電動汽車開始提上發展日程。

 

安森美半導體針對中國市場的重點汽車應用包括車載網絡(IVN)、汽車信息娛樂系統和汽車LED照明三個部分。電源管理和車載網絡通過發動機控制、變速箱、混合動力實現燃油經濟性和減少排放；電源為微控制器、信息娛樂系統、遠程信息系統、車身電腦及網關提供電力；照明則包括外部(LED、HID、氙氣燈、先進前照燈系統(AFS))、內部(儀表盤、車門、重點照明)。此外還有用于動力系統的ASIC，以實現發動機控制、傳感器、起動交流電機、變速箱控制。

 

安森美半導體的節能減排汽車解決方案

安森美半導體為車載網絡、信息娛樂系統和LED照明等汽車應用提供各種相應的解決方案，幫助車廠滿足各項標準的要求。

 

1) 車載網絡方案

就車載網絡而言，其優勢在于簡化線束和設計，降低成本和整車重量；將傳統功率線束變為信號線束，提高整車安全性能，降低維修成本；帶有快速診斷功能，使生產安裝及售后更加便利；實現復雜的控制功能，提供幾乎無限次的軟件升級；便于形成統一的開放電氣平臺，適應各種車型，各種配置的變化，縮短研發周期。因此，目前，國際車廠都在大力引入CAN網絡技術。研究表明，在使用CAN網絡技術后，中期可預見減少二氧化碳排放約為2.6克/公里，每百公里節約燃油0.11升。車載網絡標準的演進如圖1所示。

 

圖1：車載網絡標準的演進

 

復雜度從低到高，安森美半導體為LIN、CAN、FlexRay等不同的車載網絡提供多種方案，如圖2所示。

 

 

圖2：安森美半導體的車載網絡方案

 

 

2) 信息娛樂系統方案

安森美半導體應用于信息娛樂系統電源的產品主要有線性穩壓器，用于電池及后穩壓，以及標準/低靜態電流、高電源抑制比(PSRR)/超低靜態電流、跟蹤器和電流感測；開關電源(SMPS)，用于降壓及升壓控制器/穩壓器、同步/非同步工作、高頻/低靜態電流、電池及后穩壓；電源管理單元(PMU)，具有更高集成度，優化了尺寸/性能。這些產品均符合下一代尺寸及能效要求。

 

采用先進的電源管理技術可實現低靜態電流(Iq)電源管理、休眠喚醒功能和高能效的節能方法。安森美半導體的Iq > 60 μA的標準靜態電流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/意法半導體/國半的類似器件或獨家供應器件。極低靜態電流LDO NCV86xx(33 μA< Iq < 50 μA)與標準靜態電流器件引腳對引腳兼容；超低靜態電流LDO NCV87xx(Iq < 33 μA)與極低靜態電流器件引腳對引腳兼容，都可以達到節能的目的。

 

用于信息娛樂系統電源的開關電源有降壓和升壓兩種類型。前者包括穩壓器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：開關電源降壓控制器、2 A開關電源降壓轉換器、2路LDO控制器、2 A高邊開關，其頻率高達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、自動切換(ASO)功能，超低靜態電流(Iq)< 50 μA可降低功率耗散。NCV8881采用1.5 A開關電源穩壓控制轉換器、8.5 V/40 mA/5.0 V/100 mA LDO，具有ROSC及SYNC和看門狗功能，頻率高達600 kHz。

 

安森美半導體的DSP調諧器是符合當前流行趨勢的高性能方案，適合中高端機型數字收音機。其獨有的連續模數算法(CMA)技術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52個。它支持HD廣播接口，采用LNA/MIX新設計，對應全球頻段，雙調諧器自適應陣列天線(adaptive-array-antenna，簡稱AAA)技術已成熟。

 

安森美半導體還提供RTIC(Real-time Traffic Information of China)方案，為在中國22個城市的道路信息反饋系統提供出租車反饋的路況信息，然后發布出去。

 

安森美半導體的汽車信息娛樂系統電源方案，既可滿足高性能要求，也有低成本方案，涵蓋大多數信息娛樂系統供電應用。

 

3) 汽車LED照明方案

LED照明具有光效率高、耗電量少、使用壽命長、安全可靠性強、有利環保和更節能等優勢。LED單管功率為0.03-0.06 W，采用直流驅動，單管驅動電壓為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分之一，熒光管的二分之一。

 

常見的汽車LED照明驅動方案包括電阻、線性穩流器(CCR)、線性穩壓器及開關穩壓器等，這些不同方案的能效相繼提升，但復雜度也在不斷提高。其中，電阻成本較低，無電磁干擾問題，依賴于電壓，能效較低，可簡單地限制LED較大電流，但能效也較低，且存在LED篩選成本及熱失控等問題。CCR性能優于電阻，成本低于線性穩壓器，無電磁干擾問題，電壓范圍寬，采用高功率密度封裝，可保護LED，符合AEC-Q101認證，能效較低。線性穩壓器穩流精度為±2%，采用多線路，過功率自穩壓，無EMI問題，成本適中，能效也不太高。開關穩壓器能效高，需要專用插口，成本較高，會產生電磁干擾。

 

安森美半導體的汽車應用LED驅動器非常豐富。線性穩壓器的典型應用是中央高位停車燈、組合尾燈(轉向信號燈、尾燈、剎車燈)、側轉向燈、背光；特點是低電流LED(~20mA)、低總功耗、高達85 ˚C環境溫度及低系統集成度。具體方案包括NSI45xxx(10mA–160mA / 45V)CCR、NUD4001(500mA/30V)LED驅動器和NUD4011(70mA/200V)LED驅動器。開關穩壓器的典型應用是內部照明、組合尾燈(光導)、前照燈(第一代)和氛圍燈；特點是功率LED(700 mA)、中等到高總能耗、高達125 ˚C環境溫度及低系統集成度；具體方案有NCV3065/6(1.5 A)恒流LED開關穩壓器和NCV8871升壓控制器。照明管理集成電路(LMIC)的典型應用是前照燈(遠光燈、近光燈、日間行車燈、示廓燈、轉向指示燈、霧燈、靜態轉向燈、側標志燈等)、高級前照燈系統(AFS)、組合尾燈；其功率LED為700 mA，中等到高的總功耗，適合高達125˚C環境溫度，是完整的子系統；具體方案有汽車前照燈應用專用高集成度LED控制器NCV78663和組合尾燈用線性穩流器及控制器NCV7680。

 

汽車LED照明實例

安森美半導體提供從低電流到大電流的完整LED驅動器，包括分立、標準及全定制產品在內的豐富產品，所有產品均通過AEC-Q100認證。這里以兩款產品為例介紹LED照明的實際應用。

 

1) 功率LED前照燈方案

傳統鹵素前大燈功率為55 W，LED前大燈功率僅為30W，LED前大燈可節約45%的能耗。LED前照燈要求支持從單個LED到多個LED串，電壓高達60 V，可進行PWM調光(如用于示廓燈)，采用高能效集成驅動器，滿足LED串低EMC輻射、診斷、通信接口要求。

 

安森美半導體是目前為數不多能提供LED前大燈解決方案的半導體供應商之一。其NCV78663功率LED前照燈方案(圖3)是一個系統集成方案，外部元件極少，采用降壓-升壓拓撲結構；LED穩流器具有恒定的平均電流、高能效集成降壓開關穩壓器(高端)、電流達2 A、擴展診斷功能、熱保護；可藉SPI接口和/或OTP設置來定制系統，單個器件支持多種系統配置，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