【導讀】對于汽車(chē)和工業(yè)工程師來(lái)說(shuō)，DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器對其系統設計的重要性非常高。在汽車(chē)領(lǐng)域（圖 1），它們被用于從車(chē)輛導航到車(chē)頭燈的方方面面。在工業(yè)產(chǎn)品中，這些設備可以在機器人、機械和 PLC（可編程邏輯控制器）中找到。
對于汽車(chē)和工業(yè)工程師來(lái)說(shuō)，DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器對其系統設計的重要性非常高。在汽車(chē)領(lǐng)域（圖 1），它們被用于從車(chē)輛導航到車(chē)頭燈的方方面面。在工業(yè)產(chǎn)品中，這些設備可以在機器人、機械和 PLC（可編程邏輯控制器）中找到。
在當今快速發(fā)展的電子世界中，這兩種應用都在不斷發(fā)展。為了跟上步伐，適用于它們的 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器技術(shù)也必須發(fā)展。
圖 1.從汽車(chē)中的信息娛樂(lè )系統到制造業(yè)中的裝配機器人，DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器是不可或缺的。圖片由 Pixabay 提供
為開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，工程師需要獲得隨其支持的產(chǎn)品而不斷發(fā)展的開(kāi)關(guān)穩壓器解決方案。在本文中，我們將介紹這些解決方案對于這兩種應用程序的外觀(guān)。
用于汽車(chē)行業(yè)的 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器
首先，讓我們深入了解汽車(chē)應用中 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器的不同要求。其中包括可靠性、小型化、熱調節、電磁干擾 (EMI) 和開(kāi)發(fā)支持。
可靠性
可靠性在汽車(chē)設計中始終至關(guān)重要。DC-DC 轉換器必須在電壓波動(dòng)期間保持一致、穩定的運行，如圖 2 所示。工程師可以在其設計中包含的一個(gè)特定規范是 DC-DC 轉換器，它具有小的過(guò)沖，可以更有效地保護組件免受損壞突然的電池電壓波動(dòng)，例如市場(chǎng)上的解決方案的過(guò)沖是行業(yè)標準的 1/10——例如 600 mV 與 50 mV 相比。
圖 2.如何設計汽車(chē)轉換器以支持高可靠性的示例。圖片由ROHM提供
小型化
小型化是一個(gè)關(guān)鍵特性，它不僅意味著(zhù)減少物理足跡，還意味著(zhù)在單個(gè)芯片上提供更多功能以及更短的 BOM（物料清單）。例如，DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器已經(jīng)可用，它提供單級降壓調節，無(wú)需次級 DC-DC 轉換器。
效率
效率仍將是傳統動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē) (EV) 的 DC-DC 穩壓器的主要關(guān)注點(diǎn)，尤其是在汽車(chē)市場(chǎng)轉向可持續能源的情況下。例如，用于汽車(chē)行業(yè)的傳統初級 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器旨在實(shí)現 2.2 mA 的靜態(tài)電流，而一些解決方案已經(jīng)實(shí)現了 25 μA 的靜態(tài)電流消耗，并且在未來(lái)可能達到 4 μA。
工程師們還將尋找能夠向他們承諾提供可靠、穩定的穩壓器和任何支持硬件的組件制造商。
熱調節
由于各種原因，包括發(fā)熱會(huì )縮短 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器的壽命，更好的熱調節在汽車(chē)行業(yè)中仍然很重要。使解決這個(gè)問(wèn)題更具挑戰性的是車(chē)輛的小型化和惡劣的操作環(huán)境。
為了更好地解決熱問(wèn)題，工程師們將尋找能夠消除笨重、昂貴的散熱器并為工程師提供易于使用、有效的熱模擬器以用于其設計的解決方案。緩解發(fā)熱問(wèn)題的方法包括化 PCB 上用于封裝的銅面積，以及在 PCB 上定位組件以促進(jìn)散熱。
產(chǎn)品線(xiàn)選擇
不斷發(fā)展的產(chǎn)品陣容在未來(lái)也將至關(guān)重要。隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步和 ADAS（駕駛輔助系統）和自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車(chē)應用的設計規范和約束將變得更加嚴格。
自動(dòng)化程度更高的車(chē)輛的廣泛采用必然會(huì )導致安全性和功能性問(wèn)題的增加。同時(shí)，對可持續能源的日益關(guān)注將導致能源效率要求更高。工程師將需要不斷更新滿(mǎn)足新設計規范、約束和汽車(chē)標準的 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器產(chǎn)品線(xiàn)。
電磁干擾
EMI 已經(jīng)成為汽車(chē)電子產(chǎn)品的主要問(wèn)題，包括 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器。干擾會(huì )導致電子設備以意想不到的方式運行，不僅可能對車(chē)輛上的人而且對周?chē)娜嗽斐晌ｋU。
由于以下三個(gè)原因，干擾問(wèn)題變得更具挑戰性：
1.使用的穩壓器數量增加
2.小型化需求
3.更高的開(kāi)關(guān)頻率。
考慮到所有這些，設計必須證明符合 CISPR 25 Class 5，工程師需要支持和協(xié)助才能做到這一點(diǎn)。這些是根據組件的用途而變化的復雜要求，并且產(chǎn)品需要大量的測試和文檔來(lái)證明產(chǎn)品確實(shí)合規。
開(kāi)發(fā)支持
隨著(zhù)設計規范和穩壓器技術(shù)的不斷變化，支持工程師開(kāi)發(fā)電源解決方案也很重要。例如，下面圖 3 中顯示的參考板涵蓋了信息娛樂(lè )和 ADAS，并且已經(jīng)過(guò)電氣特性、熱性能和電磁兼容性 (EMC) 測試。
諸如此類(lèi)的參考和評估板可幫助工程師熟悉特定 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器解決方案的配置和實(shí)施要求，以及如何測試和評估關(guān)鍵規格。
圖 3。使用 ROHM BD9P 系列作為初級電源和 BD9S 系列作為次級電源的參考設計。圖片由ROHM提供
隨著(zhù)汽車(chē)行業(yè)繼續朝著(zhù)更智能、更自動(dòng)化的車(chē)輛發(fā)展，ADAS 非常重要。同時(shí)，信息娛樂(lè )結合了信息和娛樂(lè )，這是終用戶(hù)期望在新型車(chē)輛中看到的。這兩者都可作為評估板的出色測試應用，使工程師能夠確定初級和次級開(kāi)關(guān)穩壓器的可行性和性能。
滿(mǎn)足工業(yè)應用的要求
與汽車(chē)一樣，在工業(yè)系統設計領(lǐng)域，DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器發(fā)揮著(zhù)重要作用。事實(shí)上，效率和小型化等問(wèn)題同樣重要，但背景不同。同時(shí)，在涉及 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器時(shí)，EMC 和熱設計是工業(yè)設計中的關(guān)鍵問(wèn)題。
高效率
提高效率仍將是工業(yè)應用的重中之重。然而，與汽車(chē)用途不同，工業(yè)應用越來(lái)越依賴(lài)于充電需要運行更長(cháng)時(shí)間的可充電電池。例如，DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器通常用于為 BMS（電池管理系統）供電并從電池單元接收直流電流。
高效穩壓器可降低運營(yíng)成本，這對于自動(dòng)化的未來(lái)尤其如此，如圖 4 所示。為實(shí)現高效率，工程師應尋找靜態(tài)電流為 20μA 且效率介于 80 之間的穩壓器% 和 85%。
小型化
小型化也是關(guān)鍵，它會(huì )影響自動(dòng)化產(chǎn)品的整體尺寸，例如無(wú)人機和機器人，它們的尺寸會(huì )限制它們的使用范圍。工程師們將盡可能尋找緊湊、輕便的解決方案。
此外，小型化減輕了重量，支持更高效的性能和單次電池充電后運行時(shí)間更長(cháng)。另一方面，小型化會(huì )導致產(chǎn)生過(guò)多熱量和效率的潛在問(wèn)題。
圖 4.工業(yè)和倉庫汽車(chē)的未來(lái)將在很大程度上取決于可充電的輕量化設計。圖片由Shutterstock提供
改進(jìn)的熱性能
同樣，正如汽車(chē)行業(yè)所見(jiàn)，DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器必須具有更好的熱設計。如圖 5 所示，發(fā)熱和散熱始終是 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器的一個(gè)問(wèn)題，因為熱量和高溫會(huì )影響電氣元件的性能并縮短其使用壽命。
工程師們知道，更好的熱設計不僅意味著(zhù)散熱，還需要通過(guò)選擇具有芯片封裝設計的穩壓器來(lái)消除笨重、昂貴的散熱器，限度地減少熱量產(chǎn)生，同時(shí)優(yōu)化穩壓器實(shí)施的 PCB 布局。請記住，笨重的散熱器會(huì )增加穩壓器的尺寸和重量，因此更好的熱設計也是進(jìn)一步小型化的關(guān)鍵。
圖 5. DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器設計和實(shí)施的變化會(huì )顯著(zhù)影響其熱性能。圖片由ROHM提供
負責開(kāi)發(fā)工業(yè)產(chǎn)品的工程師將尋找穩壓器的穩定。這與電子元件的有關(guān)：制造商需要通過(guò)披露他們遵循的采購指南來(lái)證明他們能夠可靠地獲得用于制造芯片的原材料。
電磁兼容性能
隨著(zhù)電磁干擾在工業(yè)環(huán)境中越來(lái)越普遍，EMC 標準變得越來(lái)越嚴格，因此必須增強 EMC 性能。這在一定程度上是由于電子產(chǎn)品的使用增加以及大量數據的無(wú)線(xiàn)傳輸，這是轉向數字制造、工業(yè) 4.0 和 IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）的標志。因此，工程師將需要符合國際 EMC/EMI 標準并提供有效濾波選項的 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器。
未來(lái)，工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團隊將尋找 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器的，這些穩壓器提供靈活的制造方法，制造商必須設置以快速響應不斷變化的工業(yè)要求，例如芯片設計或修改后的 EMC/EMI 標準. 這可以包括從使用的原材料類(lèi)型到終芯片封裝的所有內容。
對于熱和 EMC 等設計方面，必須為工程師提供更好的仿真工具。事實(shí)上，能夠提供仿真工具和建議以滿(mǎn)足設計規范和 EMC 合規性的制造商將至關(guān)重要。提供這項服務(wù)將縮短上市時(shí)間，讓設計團隊騰出時(shí)間專(zhuān)注于更關(guān)鍵的設計部分。
ROHM DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器解決方案
根據本文討論的趨勢，ROHM 一直在分析未來(lái)的 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器應該和將會(huì )是什么樣子，并滿(mǎn)足當今的這些需求。這包括效率、小型化、熱設計、EMC 性能、仿真工具、柔性制造和穩壓器的穩定。
對于汽車(chē)應用，ROHM 正在擴展 ROHM BD9P（初級）和BD9S（次級穩壓器）系列中可用的 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器。這些高效開(kāi)關(guān)穩壓器包括 ROHM 專(zhuān)有的納米脈沖控制，支持超快速脈沖控制、性能穩定和小型化。它們還包括 ROHM 的 QuiCurr（快速電流）技術(shù)，可實(shí)現高速負載響應。
ROHM 還增強了其用于工業(yè)應用的 DC-DC 開(kāi)關(guān)穩壓器。這包括改進(jìn)ROHM BD9x系列中可用的 60 V、48 V 和 24 V 電源軌的陣容，BD9S 系列是其中的一個(gè)子集。對于工業(yè)應用，BD9x 系列包括：
? 3.3 V / 5 V 輸入降壓轉換器
? 12 V 輸入降壓轉換器
? 24 V 輸入降壓轉換器
? 寬輸入電壓 24 V / 48 V / 60 V 降壓轉換器
? 56 V（值）輸入降壓控制器
? 隔離式反激式轉換器
所有 ROHM 開(kāi)關(guān)穩壓器均符合適用的 EMC/EMI 標準，并且 ROHM 提供支持以驗證特定實(shí)施是否符合特定應用標準。
此外，ROHM 解決方案模擬器在整個(gè)設計和測試階段為工程師提供支持，以及設計數據、PCB 庫和 SPICE 電路設計和熱仿真的仿真，以?xún)?yōu)化散熱。
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