近年來，在市場增長和消費者購車習慣轉變的推動下，汽車制造商越來越趨向于采用更復雜的電子元器件來增加新的舒適/使得功能，同時致力于節能減排以配合更嚴格排放法規需求。身為應用于高能效電子產品的首要高性能硅方案供應商，安森美半導體積極推出強固及創新的高能效汽車解決方案，減少廢氣排放，提高燃油經濟性、增強動力系統、照明、安全、車載網絡和信息娛樂系統的性能和可靠性。

 

汽車電子發展趨勢

從總體上看，平均每輛汽車中的半導體成分在增高。其中北美、歐洲和日韓等傳統汽車市場的平均每輛汽車半導體成分是中國汽車的2倍，另一方面，這也顯示出中國等新興市場的汽車電子發展空間非常廣闊。

 

在各類汽車應用市場中，動力系統、信息娛樂系統等尤為引人注目。其中，在汽車動力系統方面，目前存在由相同目標推動的兩個重要趨勢：高能效及更清潔的汽車。世界各國政府機構正在推動相關提案及法規，迫使汽車OEM設法減少燃油消耗及廢氣(二氧化碳、NOx等)排放。工程師們需要極具創意，使內燃發動機(ICE)汽車提供更佳的燃油經濟性；讓新一代混合動力及電動汽車更加節能。

 

上述趨勢有賴于電子電路來配合開發更清潔及更高能效的汽車。從半導體的角度看，標準內燃發動機汽車與混合動力汽車的動力系統估計的半導體成分之比為1:5。從內燃發動機轉向使用電動機將提升汽車的燃油經濟性，因為汽車將使用電力來驅動。由于石油價格及高性價比電池技術及基礎設施的就緒等因素，預計約在2025年汽車內燃發動機將大規模轉向電動機。

 

與此同時，內燃發動機汽車將繼續提升能效，但一鍵啟動/停止交流發電機系統、更智能的噴射驅動器IC等某些附加技術將有賴于更精確的傳感器信號和汽車工程師更深入的系統專長。發動機尺寸的減小將以更智能的渦輪增壓技術予以補償。較終，部分或完全混合設計的汽車將幫助提升加速時的發動機能效，以電動力替代通常相當耗油的熱動力。

 

車載信息娛樂應用方面的挑戰是整車企業必須考慮如何將更多的軟件和硬件內嵌到汽車之內，把汽車變成一個新的移動設備；還要用集成實現較小化，集中精力實現的汽車與其他設備之間的較好聯通，如手機、智能電話以及其他的消費電子設備。而且對于車載信息娛樂系統而言，集成的功能越來越多，如可能包括導航系統、AM/FM收音機和CD/DVD播放、衛星廣播等，使系統的復雜度越來越高，且對電源的要求也在提高。例如，汽車信息娛樂系統電源既要求低電流——為微控制器(MCU)及傳感器供電(5 V、3.3 V，電流10～100 mA)，也需要大電流——為高性能處理器(DSP)及USB供電(5 V、3.3 V、1.2 V，電流0～3 A)；而LED背光需要電壓12 V、電流低于1 A供電，其它設備(天線、風扇、電機、VFD顯示屏驅動等)還有其它電壓要求。

 

  

安森美半導體配合新趨勢的動力控制及車載娛樂解決方案

 

1. 動力控制方案

FlexRay™是車載網絡(IVN)應用快速興起的一項標準，正在替代當前基于控制器區域網絡(CAN)及本地互連網絡(LIN)的系統，數據傳輸速率提升了一個數量級，而且可靠性更高，使下一代汽車能夠應用更先進的安全、動力系統及舒適機制。

 

安森美半導體擴充了汽車網絡產品陣容，推出了一款符合業界較新采用的FlexRay™ 通信協議的總線收發器IC——NCV7381。該器件是一款極強固的單通道器件，能夠提供高達10 Mbps的數據傳輸速率。這新器件完全遵從FlexRay™電氣物理層規范3.0.1版，在有線FlexRay™通信介質及協定控制器/主機之間提供差分傳送及接收能力。 NCV7381的模式控制功能經過了優化，用于持續連接至汽車電池的節點。這器件提供低能耗工作及配合遠程喚醒檢測的低能耗模式接收器。NCV7381能夠采用5.5伏(V)至50 V電池供電電壓工作，可以集成在12 V及24 V汽車電源系統中。它在完整頻率范圍內提供優異的電磁耐受性(EMS)性能。

 

圖1：NCV7381典型應用電路圖

 

此外，多年來，安森美半導體已成為汽車點火領域公認的領先供應商，可提供強固及可靠的絕緣門雙極晶體管(IGBT)系列。為了持續加強該系列器件的性能，安森美半導體新近推出的第三代點火IGBT——NGB15N41A性能極佳，而且尺寸更小。隨著較新收購而添增的三洋半導體分部，安森美半導體用于點火應用的IGBT陣容進一步擴大。除了已有的系列IGBT器件，公司還在規劃一款用于點火應用的高集成度器件。該產品將IGBT功率器件與控制器集成在單個封裝中，可以用于筆形線圈點火應用。

 

此外，安森美半導體還將推出能夠在動力系統應用中驅動泵、散熱風扇或節氣閥的系列無刷直流(BLDC)電機驅動器(LV9901)，還有將控制器和電源段集成在單個功率封裝中(某種微型模塊)的模塊化封裝系列。今年5月，安森美半導體在歐洲的PCIM展會上展示了智能功率模塊(IPM)。結合公司的絕緣金屬基板技術(IMST)與寬廣的電源方案系列，以及在高能效電源管理的悠久專長和技術，安森美半導體提供創新的智能功率模塊系列和電源變頻器以及設計支持和制造能力。這些IPM方案性價比高，能夠用于太陽能供電及電動汽車等應用。

 

安森美半導體提供300 W至5 kW功率范圍的寬廣陣容高能效功率模塊，可配合廣泛的客戶應用，包括變頻器、升壓驅動器及電機驅動器。客戶采用集成了多種內置特性及智能功能的緊湊設計及小巧尺寸，能夠簡化設計，節省電路板空間，提升可靠性，同時減少其終端產品的元器件數量和總成本。

 

2. 信息娛樂系統方案

安森美半導體提供各種應用于信息娛樂系統電源的產品，概括起來主要有以下幾類。一類是線性穩壓器(LDO)，用于電池及后級穩壓，具有標準/低靜態電流、高電源抑制比(PSRR)/超低靜態電流，以及跟蹤器和電流檢測功能；第二類是豐富的開關電源(SMPS)產品，用于降壓及升壓控制器/穩壓器，采用同步/非同步拓撲結構，提供高頻、低靜態電流和電池及后級穩壓；第三類是電源管理單元(PMU)，以更高集成度優化了尺寸/性能。這些產品都符合下一代尺寸及能效要求。

 

例如，安森美半導體新推的兩款低壓降穩壓器(LDO)IC——NCV47700和NCV47701非常適合汽車音響及信息娛樂系統、儀表盤、導航及衛星廣播等應用。這些器件包含輸出診斷引腳CSO，可以用于檢測負載開路及短路事件。兩款器件使用1顆電阻來連接CSO引腳，提供介于10 mA與350 mA之間的可調節輸出電流電平，且精確度達±10%。

 

安森美半導體還推出了新系列開關穩壓穩壓器，包括NCV890100、NCV890101、NCV890130、NCV890131、NCV890200、NCV890201及NCV890231等，用于空間受限、對電磁兼容性(EMC)敏感的汽車娛樂及信息娛樂應用。這些高集成度器件為連接電池的開關電源提供了業界領先的轉換比。每款器件均包含內部電源開關，采用2 MHz頻率工作。高達2 MHz的開關頻率支持在輸入及輸出濾波器中使用尺寸更小、成本更低的電感及電容。

 

圖2：NCP890201產品應用示意圖

 

除了信息娛樂系統電源方案，安森美半導體還能為信息娛樂系統市場提供音頻數字信號處理器(DSP)、CD DSP、模擬及數字調諧器、無線數據廣播系統(RDS)接收器、A/B類放大器及小尺寸LCD顯示屏驅動器等元器件。

 

引領新能源汽車趨勢

雖然電動汽車面對著經濟性方面的電池價格、技術性方面的電池化學特性不夠穩定，以及人們每天平均駕駛里程的自主度等方面的挑戰，但轉向使用電動機的電動汽車是一個必然的趨勢。

 

從半導體角度來看，能夠支持更高電壓(250至400 V電池電壓而非12/24 V)及更大電流元器件的電源將是一個很大的挑戰。市場上符合汽車標準的功率元器件供應商數量并不太多。如今使用的大多數元器件來自于工業或白色家電等其它行業，在技術上并未針對汽車行業應用進行完全優化，價格方面亦然。

 

安森美半導體正在開發新系列的專用IGBT和MOSFET，以符合這一市場的嚴格要求。安森美半導體的絕緣金屬底板技術(IMST)能力能夠應對上述挑戰，將多個功率元器件集成到更小及更高熱效率的封裝(多芯片功率模塊)中，以新技術幫助業界轉向電動汽車領域。