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芯洲分享 | 体系化车规电源解决方案，兼顾技术创新与交付管理，赋能新能源汽车高可靠性
时间:2024-09-23
来源: 中国国际汽车电子高峰论坛
2月23日，芯洲科技受邀参加中国国际汽车电子高峰论坛，副总经理梁俊锋分享《体系化车规电源解决方案》。体系化不仅是更全面的产品体系，也包括芯洲科技在车载电源领域长期技术积累，形成的体系化技术储备。以下为全文：
半导体的每一次爆发都伴随着技术的革命和市场的突变。从电脑到智能手机，到智能穿戴设备，每次新行业的兴起都会带来庞大的电源芯片的增量市场。未来十年的增量在哪里？智能汽车、智能家居、虚拟现实、量子计算、自动驾驶，都是可预期的未来新兴增量市场。
在全球范围内，权威机构预测芯片从2020到2026在多个行业的增长趋势，其中汽车电子的CAGR为9%，是所有市场中成长速度最快的。国内新能源汽车在过去的十年里一直在比拼内功，在最近短短的2年内迎来爆发式成长，遍地开花。在中国用户的购车因素中，智能性需求已经上升至第三位，在全球也属于对科技要求最高的一群用户。
随着新能源汽车电气化、智能化、共享化、网联化的发展，汽车电子的架构也从分布式架构演进到域控的架构，未来会进一步演进到中央集中式控制，对于算力的需求在持续增加。因此对于车载电源来说会带来单板功率的持续增加、要求更高的功率密度、更好的热处理能力、有效的规避器件干扰等，这些都对电源管理提出了许多挑战。
芯洲科技围绕这些挑战，确立了六大关键技术方向：
1.密度。芯洲选择业内最先进的生产工艺、封装技术，在有限空间内实现更高的功率密度和效率、更大的功率输出及优良的散热能力。
2.安全。安全是汽车购买决策中的第一考虑，为了应对汽车电子复杂的应用环境，芯洲持续开发大量面向车载电源的专利技术。比如最小电荷泵技术可以实现在极端电池电压变化环境下对芯片自身和二级电源的有效保护，直通模式输出过冲保护专利可以在电池大范围变化条件下有效的控制输出电压变化进而保护后级的各种负载等，很多都应用在了芯洲的车载电源芯片里。
3.效率。芯洲采用第二代超低静态功耗ULQ技术，在负载1mA时实现80%效率，负载10mA时实现85%以上的效率，满足汽车对于停放时间的要求，轻载效率处于国际先进水平。
4.易用。体现在控制技术的持续优化以及设计的集成化，用更少的器件完成设计要求，最优的器件管脚安排优化PCB布局设计，可以实现简化的环路控制，帮助客户更简单的完成电源设计。
5.洁净。随着入口电流越来越大，辐射是汽车研发中不可回避的挑战。芯洲有多步栅极驱动技术实现开关无振铃；对称式布局，抵消辐射干扰；倒装的封装技术降低寄生参数进而进一步降低辐射能量。通过多种技术的组合，实现更小的辐射，给市场提供EMI处理能力卓越的产品。
6.可靠。芯洲科技严格把关设计、制造、管理的全流程。技术上持续深耕，在制造方面芯洲有专职SQE团队对于制造过程进行严格管控，专门的测试团队开发生产测试程序。芯洲科技取得了IATF16949 compliance专业机构认可，也和莱茵联合启动了ISO26262的功能安全体系认证，通过体系化的管理向市场持续提供优质的高质量的车载电源产品。
芯洲科技聚焦在功率转换及功率控制，以全系列产品开发为客户提供更多选择，也会与头部企业共同定义新产品。作为国产半导体企业，芯洲的核心竞争力在于产品的快速迭代能力从而更好得满足中国企业需求。
现提供六大产品线及服务：
1. 全体系的开关电源转换芯片。
2. 线性电源LDO。芯洲能提供更低的静态电流。采用电流折返保护技术，支持40V直接输出硬短路且不会损坏，达到国际顶尖水平的高可靠性。
3. 功率控制。芯洲率先推出车规级升压控制器产品（认证中），实现多种拓扑，如升压变换，升降压变换以及隔离电源输出，满足车载多种功能的需求。
4. 功率路径管理。芯洲的理想二极管采用先进的隔离工艺，不仅设计上可以实现快速的防反保护，更能实现防反接的功能。
5. 系统集成PMIC。实现密封环境下的温度管理、噪声管理、效率管理，满足车载领域的要求。
6. 功率模块。集成功率器件和芯片，达到极致的功率密度。
SCT246X是2022年发布的最新一款40V/6A DC-DC降压芯片，采用对称式布局，还可以将两个芯片并联输出12A，帮助客户的设计变得更加简单。多项专利技术，满足客户对产品性能的极致追求，现已应用在多种车载场景。
随着未来智能座舱的发展，智能座舱融合集成了大量的功能，对于车载电源有更多品类和功能的需求，客户不再满足于“点”的解决方案，需要的是体系化的解决方案供应商，避免过多的供应商带来质量、交付、管理、价格等等方面的问题。
芯洲科技在2021年确定了企业未来3年的战略规划，以新能源汽车应用为牵引，构建核心竞争力，实现企业可持续的高速高质量的成长，2023年在车载领域电源管理品类覆盖70%以上，满足ADAS、智能座舱、车身控制、动力系统四大汽车控制域，实现面向车厂和tier1客户的一站式整体电源解决方案。
现在为汽车提供的一级电源已经实现第二代技术量产，集成了上述技术专利。第三代产品也在研发中，用全新一代控制方式实现更快的动态响应，更先进的封装改善芯片发热问题等。更多技术亮点，敬请期待。
作为分享嘉宾，梁俊锋也带来了关于汽车电子领域思考上的交流。
问题1： 新能源汽车智能座舱的出现和高速成长，对车载电源提出了哪些与传统汽车不同的需求？挑战来自哪里？
新能源汽车智能座舱相对于传统汽车座舱来说，通过打造全新的车内一体化数字平台，为驾驶员提供更加智能的交互体验，以及促进更好的行车安全，通常都会采用大算力处理器，因此对车载电源方案尤其是40V一级电源提出了更高的要求，主要体现在3个方面：
1. 需要更高的功率密度以及散热能力。挑战主要来自于制程工艺以及先进封装技术，芯洲科技采用业内领先的.18um中压工艺，在3.5mm×4mm的面积内实现6A的输出电流能力，创新性地实现了双芯片简单并联输出12A的能力，助力智能座舱的平台化设计。同时芯洲使用了先进的倒装封装技术，极大降低了热阻提升了芯片的散热能力。
2. 需要更高的轻载效率。随着智能座舱的车内耗电设备的增加，车厂对于输入电流的要求并没有改变，因此对一级电源提出了非常高的轻载效率要求。芯洲科技使用了第二代专利ULQ技术及外部偏置供电的方式，在输出负载1mA时实现高达80%以上的轻载效率。
3. 需要更好的EMI处理能力。随着电流需求的增加，EMI成为车载电源的一个主要设计挑战，芯洲科技多方面技术创新下足功夫：多步栅极驱动技术实现开关无振铃、对称式布局抵消辐射干扰、倒装的封装技术降低寄生参数进而进一步降低辐射能量，多种技术组合提供最优的EMI处理能力。
问题2： 在汽车电子领域，电源管理芯片与DC-DC转换器市场一直保持着高速增长，但似乎以欧美厂商为主。要改变这样的局面，你有什么建议？
欧美厂家在汽车行业已经深耕了几十年，在产品品类和工艺技术都处于领先的位置，要改变这个局面需要一定的时间。得益于汽车行业明确对于国产化需求的大趋势，越来越多的车厂和Tier1对于国产公司打开了大门，在这个机遇条件下可以从两个方面来提升国产半导体的占有率：
1. 短期来看，通过替代趋优的方式让客户更易于替换欧美厂家的产品，不需要更改单板设计，仅仅通过更换芯片就实现更优的性能，这种方式可以在相对较短的时间完成欧美厂商的替代。
2. 从中长期来看，随着中国新能源汽车行业已经处于国际领先的位置，国产半导体离国产汽车更近，我们更容易获得从客户需求出发的新产品机遇，通过快速的产品开发迭代满足汽车客户的需求，实现对欧美厂商的弯道超车。
在很多对于先进工艺技术要求的场景以及高功能安全的应用场景，国产半导体依然有很长的路要走，我们需要一步一个脚印追赶和超越欧美的产品。
图为中国国际汽车电子高峰论坛 芯洲科技展台
