能從48V直接降壓到3.3V的DC/DC轉(zhuǎn)換器IC BD9V100MUF-C

ROHM推出汽車和工業(yè)設(shè)備等中需求高漲的可將48V等高輸入電壓直接降至3.3V低電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9V100MUF-C”，現(xiàn)有的高耐壓DC/DC轉(zhuǎn)換器IC可輸入超過48V的高電壓，但絕大多數(shù)受降壓比的限制，別說能降到3.3V就連5V的也不盡人意。BD9V100MUF-C將限制降壓比的功率開關(guān)的最小導(dǎo)通時(shí)間縮短到業(yè)界最短的9ns，從而成功攻克了該課題。BD9V100MUF-C曾相繼在2016年4月的“TECHNO-FRONTIER 2016”、“CEATEC JAPAN 2016”等展出，受到廣泛關(guān)注。我們就其開發(fā)背景和特征采訪了ROHM株式會(huì)社的應(yīng)用工程師柴戸 孝信（Takanobu Shibako）先生。

－以“可從48V直接降壓到3.3V的DC/DC轉(zhuǎn)換器IC”為宣傳語的“BD9V100MUF-C”，出展此前的CEATEC時(shí)受到了廣泛關(guān)注。

是的，非常感謝大家的關(guān)注。從今年4月正式推出本產(chǎn)品以來，已經(jīng)收到很多咨詢。

－首先我注意到“從48V”這個(gè)電壓值，請(qǐng)問具體是基于什么樣的背景提出這個(gè)電壓值的呢？

為避免誤認(rèn)為是“48V專用”，我先來解釋一下。BD9V100MUF-C的最大額定輸入電壓為+70V，推薦工作電壓為+60V。而關(guān)鍵要點(diǎn)是最小導(dǎo)通時(shí)間僅為業(yè)界最短的9ns。僅從規(guī)格方面看，可能給人“60V輸入的”感覺吧。不過BD9V100MUF-C的開發(fā)背景之一是在汽車領(lǐng)域48V電源系統(tǒng)的混合動(dòng)力車備受矚目。

－就我個(gè)人而言，我首先聯(lián)想到的是電信48V，原來是車載啊。

當(dāng)然，也可支持電信48V，這也包括在目標(biāo)應(yīng)用中，但車載應(yīng)用是ROHM的擅長(zhǎng)領(lǐng)域之一，尤其對(duì)汽車節(jié)能格外關(guān)注。

－明白了。我們還是圍繞主題談吧，在高耐壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上，請(qǐng)您談一下與汽車的48V混合動(dòng)力系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)。

48V混合動(dòng)力系統(tǒng)之所以備受矚目，是因?yàn)榕c以往的12V系統(tǒng)相比燃油經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)異。該系統(tǒng)中48V是車載設(shè)備基本的供給電源。眾所周知，車載設(shè)備電子電路的電源是5V和3.3V等低電壓，因此以往的12V系統(tǒng)是從標(biāo)稱12V降壓至5V或3.3V。作為DC/DC轉(zhuǎn)換器，多使用車載級(jí)耐壓40V左右的降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。這樣說來，48V系統(tǒng)就需要從48V降壓至5V和3.3V。

－這樣的話，以往使用的耐壓40V左右的DC/DC轉(zhuǎn)換器就不能再用了吧?？墒?，雖然種類并不是很多，還有耐壓60V以上的降壓轉(zhuǎn)換器。ROHM應(yīng)該也在不久前推出過80V耐壓的降壓轉(zhuǎn)換器。

您是指“BD9G341AEFJ”吧。的確，僅涉及輸入耐壓的話，是有可48V輸入的降壓轉(zhuǎn)換器IC的。可是，涉及到可從48V降壓到特別是3.3V的話，因這些IC可支持的降壓比的關(guān)系，基本上現(xiàn)有的DC/DC轉(zhuǎn)換器IC中，無法以2MHz的振蕩頻率從48V直接降到3.3V。

－不是很明白“可支持的降壓比”的含義，您能否解釋一下？

降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器在開關(guān)的1個(gè)周期內(nèi)，僅在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間將輸入傳送到輸出來進(jìn)行降壓。簡(jiǎn)單地講，就是將10V輸入以50%的占空比、即按導(dǎo)通時(shí)間50%、關(guān)斷時(shí)間50%進(jìn)行開關(guān)，則輸出變?yōu)橐话耄?V）。這樣講能明白吧？

－明白了。

では、那么，也應(yīng)該明白要想將10V變?yōu)?.3V，導(dǎo)通時(shí)間只要按33%的占空比進(jìn)行開關(guān)即可了吧。將這種相對(duì)于輸入電壓的輸出電壓比稱為“降壓比”，降下來的電壓越大，表述為“降壓比越高”。反過來表述的話，就是輸出電壓越小，降壓比越高。前面提到的從48V到3.3V的降壓，用占空比說的話是3.3V÷48V≒6.9%，因此降壓約93%，一般來講可以說是非常高的降壓比了。

－原來如此。這樣說來，可以說現(xiàn)有的降壓轉(zhuǎn)換器IC是無法以這個(gè)降壓比、也就是這個(gè)占空比工作的對(duì)嗎？

從結(jié)論上講的確如此。一般相對(duì)于輸入可降下來的最小電壓可通過公式來表示。

.box-line {
border: 1px solid #555;
margin-bottom: 30px;
margin-top: 10px;
padding: 15px 20px 0;
}

最小占空比＝開關(guān)頻率×最小導(dǎo)通時(shí)間
可降最小輸出電壓＝輸入電壓×最小占空比

其中，“最小導(dǎo)通時(shí)間”是指降壓轉(zhuǎn)換器IC可控制的最短導(dǎo)通時(shí)間。功率開關(guān)是晶體管，因此開/關(guān)工作需要時(shí)間。另外，決定開關(guān)占空比的內(nèi)部的反饋及控制電路受延遲和噪聲干擾等影響，也有控制極限。這些因素決定實(shí)際的最小導(dǎo)通時(shí)間、即最小導(dǎo)通時(shí)間的實(shí)力。換言之，降壓轉(zhuǎn)換器IC的最小導(dǎo)通時(shí)間是IC的性能之一，因此雖然不是百分之百但一般都會(huì)在技術(shù)規(guī)格書中提供這個(gè)數(shù)據(jù)。

我們?cè)诠街刑钊胧纠龜?shù)字看一下。假設(shè)開關(guān)頻率為600kHz，最小導(dǎo)通時(shí)間為200ns，則

最小占空比＝600kHz×200ns＝0.12（12%）
可降最小輸出電壓＝48V×0.12＝5.76V

這個(gè)性能的轉(zhuǎn)換器的話，如果是48V輸入則降壓極限是不到5.8V。順便提一下，如果是12V輸入則降壓極限是1.44V，因此這個(gè)規(guī)格也可以滿足絕大多數(shù)輸出電壓要求。

－BD9V100MUF-C的另一個(gè)關(guān)鍵詞是“最小導(dǎo)通時(shí)間9ns”，宣傳說最小占空比更小，因此可支持較高的降壓比。

那么我們?cè)趧偛诺墓街刑钊?ns看一下。

最小占空比＝600kHz×9ns＝0.0054（0.54%）
可降最小輸出電壓＝48V×0.0054＝0.2592V

按照計(jì)算是這樣的，雖然實(shí)際上無法產(chǎn)生低于轉(zhuǎn)換器IC內(nèi)部基準(zhǔn)電壓例如0.8V的輸出電壓，但可降到轉(zhuǎn)換器IC的最小輸出電壓。

－看公式時(shí)才注意到，例如將開關(guān)頻率降到300kHz時(shí)，這個(gè)條件下是否可以實(shí)現(xiàn)3.3V呢？

最小占空比＝300kHz×200ns＝0.06（6%）
可降最小輸出電壓＝48V×0.06＝2.88V

是的。的確，降低頻率是降壓比較高時(shí)的處理方法之一。

－這樣不行嗎？

“車載”這個(gè)環(huán)境條件是關(guān)鍵點(diǎn)。汽車配有收音機(jī)，AM波段使用到1.84MHz的頻率。開關(guān)電源的振蕩頻率如果在1.84MHz以下則會(huì)與AM波段干涉，因此要求達(dá)到2MHz以上的開關(guān)頻率。如文本最前面所述，BD9V100MUF-C的一大目標(biāo)市場(chǎng)就是車載領(lǐng)域，因此目標(biāo)就是能夠?qū)崿F(xiàn)“開關(guān)頻率2MHz以上，從48V直接降壓到3.3V”。

實(shí)際計(jì)算一下結(jié)果如下：

最小占空比＝2MHz×9ns＝0.018（1.8%）
可降最小輸出電壓＝48V×0.018＝0.864V

進(jìn)一步講，48V是標(biāo)稱電壓，因此當(dāng)然需要余量。在48V混合動(dòng)力市場(chǎng)，最大輸入電壓要求60V，填入公式后結(jié)果如下：

可降最小輸出電壓＝60V×0.018＝1.08V

另外，如果是3.3V輸出，輸入最大可以是多少呢，通過逆運(yùn)算得出3.3V÷0.018＝183V。但是，BD9V100MUF-C的額定輸入是70V，推薦工作電壓為最大60V，因此實(shí)際上是60V。

－實(shí)際上現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換器IC的最小導(dǎo)通時(shí)間大概是多少？

這里有數(shù)據(jù)，請(qǐng)看數(shù)據(jù)。最小導(dǎo)通時(shí)間以外是類似降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器IC的比較。

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margin-top: 30px;
text-align: left;
border-left: 1px solid #aaabaa;
border-top: 1px solid #aaabaa;
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}
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text-align: center;
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border-right: 1px solid #aaabaa;
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}

在這個(gè)調(diào)查結(jié)果中，其他公司產(chǎn)品的最小導(dǎo)通時(shí)間最短也要30ns，通過計(jì)算看距離市場(chǎng)需求還稍微差一點(diǎn)。當(dāng)然也有人認(rèn)為可以勉強(qiáng)使用，但考慮到安全余量的話，風(fēng)險(xiǎn)還是很高的。而BD9V100MUF-C則具有充分的余量，并具有滿足市場(chǎng)需求的性能。

（接Part 2）

審核編輯黃宇