汽车行业的潮流与车载用超通用电源IC系列的关系

2014年6月30日

【ROHM半导体(上海)有限公司 6月30日上海讯】
1.汽车电子化的时代
近年来,汽车的电子化发展迅速。围绕汽车的"高科技"电子设备的搭载越来越多,与传统的机械控制占比较大的时代相比,电子控制、电动设备所占的比例非常大。而且,预计汽车的电子化需求在未来也将依然强劲。现预计在2020年之前汽车的销售量将以每年3~4%的速度增长,而与之相比,汽车的电子元器件相关产品则超过汽车销售量增速,以每年7~8%的速度增长(图1、图2)。

[ 图1 ] 汽车的年销售台数示意图
[ 图1 ] 汽车的年销售台数示意图(以2013年为"1"计算并绘制)
※本公司根据富士奇美拉总研《2014 全球电子产品市场总需求调查》作成

[ 图2 ] 车载电子元器件的电源IC销售额示意图
[ 图2 ] 车载电子元器件的电源IC销售额示意图(以2013年为"1"计算并绘制)
※本公司根据富士奇美拉总研《2013车载电子元器件&组件总调查》作成

汽车电子化的主要原因有3大关键词。
第一个关键词是"环保"。在HV(混合动力汽车)、EV(电动汽车)向普通车辆的普及过程中作用显著。另外,各汽车制造商之间的低油耗化竞争也日益激化。这些突破是由众多技术因素来支撑的,其中之一便是基于"高科技"电子元器件的控制。以低油耗化为例,涉及到有效控制燃油喷射量的传感器和各控制阀的调整、发电机的高效化等,这一个个因素就是为环保做贡献的后盾。所列举的这些,均由复杂且周密的电子化控制来实现的,当然随着HV、EV的普及和油耗性能的提升,所搭载的电子设备还会继续增加。
第二个关键词是"信息与舒适"。就像以在智能手机中的普及等为代表的移动设备的发展过程中作用显著。这个发展潮流也涌入汽车领域中。作为出行工具之外,汽车更多被视为日用品,其智能化也在不断发展,可以下载喜欢的音乐,在路上即可轻松获得目的地的信息。而为了实现这些功能,需要众多通信相关的电子元器件。另外,关于舒适性的提升,无需钥匙即可开关车门和启动引擎的智能钥匙在一般车中基本普及等,使车内日益变成更舒适的空间。
最后一个关键词是汽车不可欠缺的"安全"。多年以来,汽车的安全性多采取强化车架钢性和撞击时的缓震、安全气囊对乘坐人员动作等的危险发生"事后"的对策。但是,近年来随着电子设备性能的提升,已经开始聚焦危险发生"前"的对策,例如防撞装置、用来保持车辆行驶位置的车道识别等。通过提高车载摄像头和车载传感器的精度与动作可靠性,如今实现汽车行驶安全的电子设备已经被确立为一个重要的领域,预计今后各种功能的安全设备将会相继开发并投入市场。
如上所述,"环保""信息与舒适""安全"这三个对汽车来说至关重要的发展领域,多通过电子控制、电动系统来实现,毋庸置疑,未来这些领域的发展将会更加强有力地推动汽车电子化的大潮(图3)。

[ 图3 ] 围绕汽车电子化的三个关键词
[ 图3 ] 围绕汽车电子化的三个关键词

2.汽车用电子元器件供应的潮流

接下来,以使电子元器件的各应用(功能)工作并进行控制所需要的称为"电源IC"的供电用半导体元件为例,介绍汽车行业中的车载元器件的潮流。
汽车用电源IC是指将来自电池等的电压转换为适合各功能的电压,向使应用工作的微控制器等稳定供应电压的产品(图4)。电源IC大体可分为线性电源(※1)和开关电源(※2)两种。为实现适合各种应用的最佳电源IC,ROHM的电源开发一直致力于新技术、新产品的开发。由于每种应用分别存在负责其控制的微控制器,所以分别需要用来给这些微控制器供电的电源IC。因此,只要上述的汽车电子化向前发展并带动相关电子控制元器件的增长,电源IC的需求也将多样化并随之增长。
(※1)指以使三端稳压器和输入输出间的电位差较小的LDO(Low Drop Out)等为代表的、输出电压连续稳定的电源。
(※2)指以DC/DC转换器等为代表的、利用电压的开关动作使输出电压不连续稳定的电源。

[ 图4 ] 各种应用均需要相应的电源IC
[ 图4 ] 各种应用均需要相应的电源IC

在线性电源IC领域,要求实现与近年来持续增加的电子元器件成反比的低功耗化。ROHM通过增加低功耗化这一附加价值,不断开发满足该需求的技术。但是,就在最近各汽车制造商对车载关键元器件的要求发生了变化。
首先是市场需求日益多样化。上述的"环保""信息与舒适""安全"关键词的应用多种多样,每种应用所要求的关键电子元器件的规格也随之多样化。以电源IC为例,一方面由于应用的复杂化,有时采用的微控制器产生的功耗比以往的更大。由于电源IC是用来给微控制器提供电压的,因此为满足微控制器的功耗,有时要求电源IC具有更大电流能力,而且要对因大功耗导致的发热具备充分的耐热性。
另一方面,由于电子元器件的日益增加而导致汽车内的搭載空间越来越小,有时要求小型封装以满足要求。除此之外,根据微控制器的不同种类和用途,要求电源IC的封装、供给电压值及其电流量等越来越细分化。电源IC已经需要具备可满足多种需求的细分化规格。
然后是与上述电子元器件需求的多样化看似相反的潮流,即对无论何处均可使用的通用性需求日益高涨。以前,仅将重点放在将机械控制的设备实现电子控制、电动化,不同应用的各处分别使用了不同厂家和不同电气特性的电源IC,这些叠加在一起通常会导致汽车的价格上升。而且,各厂家的产品之间(有时甚至在同一厂家内部)不一定可以相互替换。
但是,如今在汽车开发中电子元器件的増加已经成为必然趋势,这些产品的低成本化、合理化已成为当务之急。为此,尤其是最近的汽车电子化正在步入新阶段,不仅局限于通过与其他电子系统的协调和集成控制来消减重复的电子元器件个数的趋势和标准平台的构筑,甚至通过像电源IC这样的各关键元器件的通用化、标准化来综合实现低价化、合理化的趋势也非常明显。进一步推动这种通用化、标准化的是以最近的东日本大地震为代表的灾难等对事业运营的影响。
当这些灾难发生时,制造业、汽车产业受到的冲击尤为巨大,甚至很难维持事业的运营,促使全世界范围对事业持续计划BCP(Business Continuity Plan)的意识高涨。其结果是,以生产地区的双基地化和标准化电子元器件的联合采购为例,除合理库存外,对于有利于强化生产与采购的灵活性及发生危机时的应对能力的趋势的元器件体系需求强劲。
"符合市场需求的规格多样化"和"考虑到风险对冲的元器件的通用化、标准化"看似矛盾,实际上只是需要能够成为W/W标准的元器件家族群。只要具备满足多种需求的产品群,而且具有成为关键元器件标准的通用产品,应该就是顺应汽车行业所要求的时代潮流的。

3.超通用L DO系列产品的大家族

ROHM日前新开发出车载用LDO型的线性电源IC(以下称LDO),两个系列共43种机型。主要是面向车身系统 / 动力传动系统用途的BD4xxMx系列16种机型,以及面向汽车电子系统等车载信息设备系统的BDxxC0A系列27种机型的两个系列产品。之所以一举推出可满足如此广泛用途的车载用LDO产品群,是以前面介绍的汽车电子的强劲发展趋势为基础,为了满足新的"需求多样化",从而为"生产与采购的冗长性"做贡献。省略详细的电气特性数值等的说明不谈,这两个系列的产品群在其特性方面,具有可充分满足更加多样化的车载LDO需求的超高通用性,而且在其产品阵容方面,具有输出电压和封装等丰富的变化,共同构筑了具备统一性的一个大家族。在汽车行业的发展潮流中,在提高用户的使用便利性方面是一个宣传亮点(图5)。

[ 图5 ] ROHM的车载用新LDO家族 BD4xxMx系列
[ 图5 ] ROHM的车载用新LDO家族 BD4xxMx系列

在一直以来ROHM擅长的低功耗方面,两个系列的消耗电流值均属于低功耗。尤其是BD4xxMx的静态消耗电流仅为40μA左右,这个值已充分满足低功耗要求(图6)。另外,两个系列均具有即使输出电流增加也与无负载时的消耗电流值几乎一致的特性。大多数LDO伴随着输出电流的増加,LDO本身的消耗电流也直线增加,以致不得不重视对发热的影响,但ROHM对此拥有技术上的优势。LDO简单易用,但发热限制已成为一大课题,因此,该产品的耗电量特性对于解决这个课题是巨大的贡献。

 [ 图6 ] 不仅暗电流更低,而且在应用运行时实现更低耗电量
[ 图6 ] 不仅暗电流更低,而且在应用运行时实现更低耗电量

另外,在开发车载用系列产品时,这两个系列从开发阶段开始就完全作为车载产品进行设计,符合近年来车载用IC的实际行业标准AEC-Q100。ROHM已经获得汽车产业的品质管理体系ISO/TS16949认证,包括车载产品的开发所要求的高品质和温度条件在内,已经充分满足严苛环境下使用的可靠性。不仅如此,已经连续10年以上的汽车实际应用业绩更是强有力的证明。
ROHM新开发的BD4xxMx系列和BDxxC0A系列,通过超高通用性和丰富的变化,具备使用便利性并汽车产业用的品质和可靠性,是可长期稳定供货的车载用LDO。这一超通用的LDO系列产品大家族,顺应汽车行业的时代潮流,非常有望成为W/W标准的电源IC。未来的车载用元器件当然会继续进行品质水平的提升研究,同时,从客户满意度的角度出发,像该LDO系列产品一样兼顾"需求的多样化"和"生产与采购的冗长性"将会成为一种成功模式。

新产品速报
车载用LDO稳压器系列(符合AEC-Q100标准)BBD4xxMx系列 / BDxxC0A系列  (286KB)

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