能从48V直接降压到3.3V吗?

ti

汽车和工业设备等中需求高涨的可将48V等高输入电压直接降至3.3V低电压的DC/DC转换器IC“BD9V100MUF-C”，现有的高耐压DC/DC转换器IC可输入超过48V的高电压，但绝大多数受降压比的限制，别说能降到3.3V就连5V的也不尽人意。BD9V100MUF-C将限制降压比的功率开关的最小导通时间缩短到业界最短的9ns，从而成功攻克了该课题。BD9V100MUF-C曾相继在2016年4月的“TECHNO-FRONtiER 2016”、“CEATEC JAPAN 2016”等展出，受到广泛关注。我们就其开发背景和特征采访了ROHM株式会社的应用工程师柴戸孝信（Takanobu Shibako）先生。
－以“可从48V直接降压到3.3V的DC/DC转换器IC”为宣传语的“BD9V100MUF-C”，出展此前的CEATEC时受到了广泛关注。

是的，非常感谢大家的关注。从今年4月正式推出本产品以来，已经收到很多咨询。

－首先我注意到“从48V”这个电压值，请问具体是基于什么样的背景提出这个电压值的呢？

为避免误认为是“48V专用”，我先来解释一下。BD9V100MUF-C的最大额定输入电压为+70V，推荐工作电压为+60V。而关键要点是最小导通时间仅为业界最短的9ns。仅从规格方面看，可能给人“60V输入的”感觉吧。不过BD9V100MUF-C的开发背景之一是在汽车领域48V电源系统的混合动力车备受瞩目。

－就我个人而言，我首先联想到的是电信48V，原来是车载啊。

当然，也可支持电信48V，这也包括在目标应用中，但车载应用是ROHM的擅长领域之一，尤其对汽车节能格外关注。
－明白了。我们还是围绕主题谈吧，在高耐压DC/DC转换器的基础上，请您谈一下与汽车的48V混合动力系统之间的关联。

48V混合动力系统之所以备受瞩目，是因为与以往的12V系统相比燃油经济性更优异。该系统中48V是车载设备基本的供给电源。众所周知，车载设备电子电路的电源是5V和3.3V等低电压，因此以往的12V系统是从标称12V降压至5V或3.3V。作为DC/DC转换器，多使用车载级耐压40V左右的降压型DC/DC转换器。这样说来，48V系统就需要从48V降压至5V和3.3V。
－这样的话，以往使用的耐压40V左右的DC/DC转换器就不能再用了吧。可是，虽然种类并不是很多，还有耐压60V以上的降压转换器。ROHM应该也在不久前推出过80V耐压的降压转换器。

您是指“BD9G341AEFJ”吧。的确，仅涉及输入耐压的话，是有可48V输入的降压转换器IC的。可是，涉及到可从48V降压到特别是3.3V的话，因这些IC可支持的降压比的关系，基本上现有的DC/DC转换器IC中，无法以2MHz的振荡频率从48V直接降到3.3V。
－不是很明白“可支持的降压比”的含义，您能否解释一下？

降压型DC/DC转换器在开关的1个周期内，仅在开关导通时间将输入传送到输出来进行降压。简单地讲，就是将10V输入以50%的占空比、即按导通时间50%、关断时间50%进行开关，则输出变为一半（5V）。这样讲能明白吧？
－明白了。

では、那么，也应该明白要想将10V变为3.3V，导通时间只要按33%的占空比进行开关即可了吧。将这种相对于输入电压的输出电压比称为“降压比”，降下来的电压越大，表述为“降压比越高”。反过来表述的话，就是输出电压越小，降压比越高。前面提到的从48V到3.3V的降压，用占空比说的话是3.3V÷48V≒6.9%，因此降压约93%，一般来讲可以说是非常高的降压比了。

－原来如此。这样说来，可以说现有的降压转换器IC是无法以这个降压比、也就是这个占空比工作的对吗？

从结论上讲的确如此。一般相对于输入可降下来的最小电压可通过公式来表示。
最小占空比＝开关频率×最小导通时间
可降最小输出电压＝输入电压×最小占空比

其中，“最小导通时间”是指降压转换器IC可控制的最短导通时间。功率开关是晶体管，因此开/关工作需要时间。另外，决定开关占空比的内部的反馈及控制电路受延迟和噪声干扰等影响，也有控制极限。这些因素决定实际的最小导通时间、即最小导通时间的实力。换言之，降压转换器IC的最小导通时间是IC的性能之一，因此虽然不是百分之百但一般都会在威廉希尔官方网站规格书中提供这个数据。

我们在公式中填入示例数字看一下。假设开关频率为600kHz，最小导通时间为200ns，则
最小占空比＝600kHz×200ns＝0.12（12%）
可降最小输出电压＝48V×0.12＝5.76V

这个性能的转换器的话，如果是48V输入则降压极限是不到5.8V。顺便提一下，如果是12V输入则降压极限是1.44V，因此这个规格也可以满足绝大多数输出电压要求。
－BD9V100MUF-C的另一个关键词是“最小导通时间9ns”，宣传说最小占空比更小，因此可支持较高的降压比。

那么我们在刚才的公式中填入9ns看一下。
最小占空比＝600kHz×9ns＝0.0054（0.54%）
可降最小输出电压＝48V×0.0054＝0.2592V

按照计算是这样的，虽然实际上无法产生低于转换器IC内部基准电压例如0.8V的输出电压，但可降到转换器IC的最小输出电压。
－看公式时才注意到，例如将开关频率降到300kHz时，这个条件下是否可以实现3.3V呢？
最小占空比＝300kHz×200ns＝0.06（6%）
可降最小输出电压＝48V×0.06＝2.88V

是的。的确，降低频率是降压比较高时的处理方法之一。
－这样不行吗？

“车载”这个环境条件是关键点。汽车配有收音机，AM波段使用到1.84MHz的频率。开关电源的振荡频率如果在1.84MHz以下则会与AM波段干涉，因此要求达到2MHz以上的开关频率。如文本最前面所述，BD9V100MUF-C的一大目标市场就是车载领域，因此目标就是能够实现“开关频率2MHz以上，从48V直接降压到3.3V”。

实际计算一下结果如下：
最小占空比＝2MHz×9ns＝0.018（1.8%）
可降最小输出电压＝48V×0.018＝0.864V

进一步讲，48V是标称电压，因此当然需要余量。在48V混合动力市场，最大输入电压要求60V，填入公式后结果如下：
可降最小输出电压＝60V×0.018＝1.08V

另外，如果是3.3V输出，输入最大可以是多少呢，通过逆运算得出3.3V÷0.018＝183V。但是，BD9V100MUF-C的额定输入是70V，推荐工作电压为最大60V，因此实际上是60V。
－实际上现有的转换器IC的最小导通时间大概是多少？

这里有数据，请看数据。最小导通时间以外是类似降压型DC/DC转换器IC的比较。

在这个调查结果中，其他公司产品的最小导通时间最短也要30ns，通过计算看距离市场需求还稍微差一点。当然也有人认为可以勉强使用，但考虑到安全余量的话，风险还是很高的。而BD9V100MUF-C则具有充分的余量，并具有满足市场需求的性能。