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纳芯微：汽车电气化浪潮下的模拟芯片的演进趋势

NE时代新能源 · 公众号 · 科技自媒体汽车 · 2024-11-06 07:00

正文

2024年10月30-31日，NE时代主办深圳科晶协办的“2024第四届xEV电池技术论坛暨第二届固态电池技术产业大会”，在上海嘉定召开。

论坛上，纳芯微电子技术市场经理谭园带来的这个主题是《汽车电气化浪潮下的模拟芯片的演进趋势》。

这次演讲主要包括四个话题：首先是想梳理一下BMS应用中模拟芯片的一个发展趋势，以及是说对IC的一个要求；二是纳芯微电子在车载BMS上最新解决方案。三是纳芯微对整个三电应用的解决方案；四是，纳芯微对汽车应用的整体布局。

01.

模拟芯片的发展趋势

首先，纳芯微做了关于模拟芯片发展趋势的总结。具体选择了几个方面。第一是应用发展的趋势。大家提到BMS肯定就会提到是说续航、串数、电量的监控要足够的准，电芯类型的演进等。其实这个是对于更加专用的一类芯片，比如说AFE芯片、BJB芯片，需要通道更多，采样的精度更高，同步性更好，范围更宽。

第二，是整车发展越来越智能化，这些节点也要更加的智能，需要有更高的功率的密度，然后可能也会是说BMS可能把PDU智能化的配电系统也包进来。这种是对芯片类型的一个要求，其实是越来越多的高低边的开关，固态继电器，包括eFuse。芯片需求对应的一个趋势是数量大幅的增加，通道的个数也会快速的去增加。现在基本都是看四通道的、需要它更加智能、软件更加灵活可配置、有更多诊断报警能够实现，更高的可行性。

第三，整个系统对EMI的要求也越来越高。BMS主要功能是做电池管理，其特点是辅助电源电路能够更加简洁。这个对应的是隔离类的芯片和电源芯片。对于芯片的要求是不要给系统拉后腿，希望EMI表现要够好，集成度更好。

第四，模块通信速率提高，有更好的通信质量和鲁棒性，这是对接口类芯片要求和发展趋势。比如说对于CAN而言，可能更高的速率，我希望它可以支持CAN FD，希望它有更高的通信质量，甚至可以被MCU唤醒，这种功能可能都会落在通信芯片上。

接下来内容会集中在以下三项来展开分享。

第一个话题就是关于这种半导体化式的开关，BMS以及PDU应用中演进的趋势。现在汽车的架构变化非常快，并且仍然在演进之中。不管是域控，还是多合一的趋势，还是电气化智能化的趋势。IC的变化趋势，就是开关类器件会把这种机械式的会转到IC式来去做。

主要有以下几个优点：

一是，功能更丰富，因为IC的衍生空间比较大。性能空间也会更大，例如开关速度、保护速度、精度等等。

二是，EMC性能更好，因为机械式的开关可能会有一些反弹，例如电流比较大、功率比较大，可能会对系统上EMC产生干扰。

三是，可靠性和寿命更强，IC类的器件的没有物理上的触点。

四是，可编程，落在系统上，功能是可编程的，颗粒度会比较细：它可能是单通道，它就可编程了。

五是，免维修。以保险丝为例，普通的保险丝坏掉了需要去换，但如果是eFuse的话，它就可以自恢复。

此外，还有小型化、轻量化的优势，以及节能等方面，也会有比较明显的差异。

右边放了两个比较典型的应用。一个就是配电上它可能会有这么多些这个开关。右下角其实是放了一个BMS，比如说主功率型的继电器、预充的继电器、绝缘监测类的、粘连检测类的信号继电器等等。

02.

车载BMS上最新解决方案

结合着这样的一个趋势，看下纳芯微基于这些出了哪些产品。

1、高低边开关/eFuse/固态继电器的演进

首先是比较重磅一颗器件NSI7258，它是一个1700V耐压的固态继电器。这个1700V指的是副边背靠背碳化硅的耐压的能力。这颗芯片技术上有比较大的创新，它是固态的、IC类的。第二是隔离技术用的是电容型的隔离。它并不是一个光耦型的器件，是做了一个光耦型模拟输入。

NSI7258采用SOW12封装，所以它能够做到原副边封装爬电间距8mm，5000Vrms的耐压。

副边方面，由于考虑到这不是普通的隔离器件，普通的隔离器件可能原边副边对自己的地来说都是低压器件。这个器件副边也承受着高压，所以也把这个副边的爬电做到了同类型封装的最大，就是看到是这个尺寸是多大，它就是多大。

这种器件最典型的一个应用是BMS上一定会有的这个绝缘监测。现在不只是BMS上，可能在OBC、PDU上，甚至逆变器上都有可能会出现这样的电路。这个电路的作用，就是实时监测高压电池正和高压电池负对于车身来说，绝缘阻抗是不是足够大，是不是满足这个国标以及安规的标准。

NSI7258的优势，就是耐压更高，现在都是800V的车了，这个芯片是1700V的耐压。因为这颗芯片它是串在这个电阻网络中，所以它的漏电流也会对这个绝缘电阻的监测的精度会有影响。所以纳芯微产品的漏电流越小，它的精度就越好。

另外爬电距离对应安规标准的更高的母线电压，以及容隔技术。纳芯微这并不是光耦的技术，它是纯半导体工艺。它中间没有宏观的一些器件，没有多次封装的问题，也不存在光耦技术的光衰问题。

最后，在EMI上做了优化和提升。

第二类高边开关。在系统中其实有非常多的这个高边的存在。通道可能越来越高，对导通电阻的要求可能越来越低。然后对于它的这个保护，纳芯微希望越来越全。这个其实也是比较针对BMS，包括是说配电应用来去开发的一个系列叫NSE34xxx/NSE35xxx这个系列。该系列其实有一通道、两通道、四通道产品都有。接地网络的话，纳芯微有右边展示的可能有两种这样的选择，包括是说在这个保护上，纳芯微其实也是做了非常精细的设计，可以看到非常的全。

第三类，eFuse产品。有eFuse跟传统保险丝不一样的点在于，传统保险丝方案一直以来都有类似于阻抗放在上面耗能。但是如果是用这种IC类的器件的话，在IC类其实是做了一个bypass的电路。也就是说这个系统中电流很小，纳芯微监测出来是说它小于某一个限制，根本就不会熔断，那就不要去消耗这个电能，给一个非常低阻的路径，就不要去拖累整机的功耗。

2、隔离电源的演进

隔离电源在BMS上的应用趋势。刚刚有说到BMS设计的话，技术上的攻关难点是在架构上、采样和管理上的一些指标。但是这个电源也是在每个系统中它都是不可或缺的。

首先还是看一下它的这个位置是在电池包的高压采样和电池监控的MCU中间存在一个隔离。这个地方往往是一个隔离的SPI。光为这个隔离的SPI，就得做一路隔离电源出来给它供电。这个隔离电源往往可能还给高压测的，比如说ADC或者BJB芯片供电。它负载的要求是，电压5V或者12V，功率0.5W或1W，当然也可能会更高，就看负载是什么。

EMI要求方面，因为电源是有带点功率的产品。所以电路中，EMI的问题有时候非常难解决，以及是说设计的一个复杂度。在纳芯微这个系统中，因为电源它是一个辅助的存在，所以纳芯微倾向于简洁的设计方案。

这个方案，它可能市面上看到有两种。第一种，所有的优缺点，其实都是伴随着这个变压器，它到底在芯片内部还是在芯片外部。那左下角放的这个就是变压器在外面。变压器在外面它的好处就是这个输出电压，功率取决于你这个变压器的设计，所以它比较的灵活，左边这种的话成本会比较低，尤其是IC的成本。

此外，EMI的表现会比较好。因为变压器在外面可以做的很大，可以把开关频率做得很小。劣势，主要是两点，一是需要专门设计，然后PCB的size可能会比较大，因为变压器外置了；二是，一般拓扑都是开环的拓扑，所以它的负载调整率可能没有那么好。这些优缺点都是因为变压器在外面。

如果把变压器放进去，挑战就变成了对IC的挑战。它是完全镜像的，就是因为变压器放进来之后，电源是做好的，输出、功率比较固定。然后变压器放进来，PCB基板把这个电源设计放进了IC里，所以IC的成本肯定会提高。EMI的挑战，还因为将变压器放进了IC里，所以开关频率不得不做得非常高，不然的话就放不下，所以对EMI的挑战会比较大。

这样做的优势是对于PCB有好处，就是设计会比较简单，然后PCB的集成度、尺寸会比较好。然后负载调整率，因为做在里面肯定会做成闭环的，所以它的这个负载调整率也会比较好。

如果是我来看两种方案，其实我个人觉得，长久来看的话，右边这个肯定会是趋势。因为它的黄色的部分其实是对于IC的挑战，这是IC层面的难题，是IC需要克服的问题。

这个绿色的部分，其实对于PCB的一个优势。从可行性上来看，从技术的发展上来看，其实右边长期以来如果把这个成本把这个EMI给克服掉的话，右边会是更好的一个选择。

其实这两种方案纳芯微都有。

第一种就是这种推广的这种变压器外置的。它会比较简单，也就五个引脚的封装，然后有一个1W的，有一颗5W的。另外就是这种变压器放在里面的，其实纳芯微也有这个产品，并且它的EMI做的非常好。它是一个集成了0.5W的DCDC，并且带四个隔离器隔离通道的产品。这个产品的技术难度其实非常的高。通过对比可以看到，这个系列是可以做到非常高的EMI的水平。同时还能够保证是说我可以有50%左右的效率，加强绝缘并且封装比较小。

最后，接口。因为刚刚有提到是说纳芯微希望这个接口的通讯速率更快，通信质量更好。纳芯微也有接口类的产品，有自研专利的电路，可以直接的提高信号的质量。以及是说纳芯微还支持1.8V的VIO，就比如说那个MCU的话，或者SoC的一个电平的情况下，可以选一个电平转换。然后带睡眠模式的接口也有。

最后，作为一个国产半导体，纳芯微自己定位是高可靠性高性能的一个模拟及混合芯片的供应商，来跟大家汇报一下纳芯微最新的一个情况。

2024年上半年来看，纳芯微汽车收入就已经超过33%了。纳芯微非常专注于汽车应用IC的企业。纳芯微是AEC的正式成员，纳芯微有TUV认证的ISO26262功能安全的认证。纳芯微有可以过ASIL-D的这个芯片。纳芯微的目标是在汽车领域去深耕，所以纳芯微会系统去理解整体的解决方案，去做一些差异化竞争。产品方面，有时候会做技术门槛会偏高一些的方案。

2016年，纳芯微就推出了首款汽车芯片，已经有多年的投入和决心介绍。纳芯微相信电气化会全面覆盖，智能化大有可为。希望可以作为国产半导体企业，与跟中国的汽车行业一起齐头并进。

-END-

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