汽车应用 DC/DC 转换器

据说现代的汽车是一个移动数据中心，电动汽车增加了工业级电力处理、电池充电和电机驱动，额定功率远不到一兆瓦。一辆现代的汽车有超过 100 个微处理器和控制器在后台运行，从处理无线连接、加热座椅，到实施复杂的演算来实现牵引电机三相控制以发挥最佳效率和续航力。所有这些电子设备都需要专属的电源轨，而这些电源轨都来自电池，无论是 12V/24V 铅酸型电池还是高达 800V 的锂离子电池组。如同数据中心，汽车采用了电源总线架构以尽量减少损耗，尤其是重量，而且 DC/DC 转换器是提供电池到终端负载的电压转换级不可或缺的组件。其中非隔离式负载点 (PoL) 转换器安装在每个子系统和处理器附近，以在需要的时候提供最佳的调节和动态性能。其他种类的DC/DC 转换器如LED 驱动器等也十分常见。

车用 DC/DC 转换器 需要 AEC-Q 认证

搜寻网络后会得知 PoL 和 LED 驱动器是最普遍的 DC/DC 转换器 类型之一而且有多种特性和额定值。然而在汽车应用中，选项必须缩小以选择合格的种类而合格与否是由汽车电子委员会所定义的。该委员会由克莱斯勒(Chrysler)、福特汽车(Ford Motors)和德科电子(Delco Electronics)成立，为汽车组件制定压力测试、合格资格和生产质量管制的认证标准。该标准为 AEC-Qxx，目前包括 IC芯片 (AEC-Q100)、半导体分立器件 (AEC-Q101)、光电器件 (AEC-Q102)、传感器 (AEC-Q103) 和「多芯片模块」(AEC-Q104) 的压力测试认证。无源组件包含在 AEC-Q200-xxx 系列的多项标准中，并且在所有情况下都参考了其他来源的标准，例如 MIL-STD-883、JEDEC、JESD、IPC 和 UL。零部件制造商须「自我证明」他们符合 AEC-Q 标准，但这是只是基本的，因为任何级别的汽车客户将针对他们的特定应用设定进一步的要求。至少这些标准定义了零件能使用在汽车的哪个部位以及环境条件。例如，表 1 显示不同的 IC 应用位置决定了环境工作温度。


针对汽车零部件供应商的另外一个要求是质量体系必须通过 TS/IATF 16949:2016 认证，这是常用的 ISO 9001:2015 的进阶要求。AEC-Q 标准非常强调供应商在实际制造过程中保持组件的应力耐受性的能力。虽然 AEC-Q 压力测试只需进行一次，但是部件必须是由生产工具、工艺和操作人员制造而且非连续生产批次。如果组件或制造过程中的任何环节发生变化，必须提交生产件批准程序 (PPAP) 进行重新认证。这是由汽车工业行动小组决定的，PPAP 有自己适用的5个提交级别，级别越高对提交支持数据和样品的要求就越高，如表 2 所示。


PPAP 是产品质量先期规划 (APQP) 总体要求的一部分，其中还有各种文档包括制造过程、测试记录、设计和过程失效模式与影响分析 (FMEA)。

组件焊点必须「可检查」

汽车客户有自己的内部标准和偏好，现在常见的一种是要求是「可检查」组件焊点。这源于 IC 从鸥翼式到芯片级封装的演变，终端可以是球栅阵列或平面网格阵列。这些封装技术可以节省大量的电路板空间并提高热性能和电气性能，但采用回流焊接形成的焊点是隐藏起来的因此无法透过「自动光学检测」(AOI) 检查焊点是否良好。虽然可以使用 X 射线分析检查焊点，生产线系统是可以做到这一点的，但这个方法不仅昂贵又花时间，还必须在安全且屏蔽的室内进行。

有些平面网格阵列封装如四方扁平无引线 (QFN)，很常在 PoL DC/DC 转换器等功率器件中见到，相对较少的端子可以引出到器件边缘来作为内部引线框架。这样连接变得可见，但是外部引线框架分离器件后会留下裸合金的边缘，无法保证这些合金在回流过程中成功沾锡以在检查过程中被判定为好焊点，即使器件下方的镀锡焊盘有完美焊接。被切割的边缘不容易重新电镀因为它们可能在分割后全部为电隔离。一个可以让 AOI 检查「可润湿」侧翼的解决方法是在封胶上形成阶梯形状，引线框架是完整的而且与其他表面一起镀锡，在未被切割的时候就可以看到焊点并检查是否良好（图 1）。

具有可润湿侧翼的QFN DC/DC转换器现已上市

RECOM 最近推出的具有可润湿侧翼的产品，包括 RPX-0.5Q/1.5Q PoL DC/DC 转换器以及 RPY-1.5Q LED 驱动器，如图 2。

RPX-xx-Q 是 RECOM 广受欢迎的 RPX 系列 DC/DC 转换器的升级版包含可检查焊点的侧翼，此为0.5A 输出 RPX-0.5Q 的标准配置、1.5A 输出RPX-1.5Q 的选配。这些部件通过汽车 AEC-Q100 1 级要求认证，在指定环境条件下通过所有 AEC-Q 压力测试。根据输入和输出电压组合在适当降额的情况下工作温度可至 125°C。两个 DC/DC 均采用相同的薄型 3 x 5mm 热增强型 QFN 封装，输入范围 4 – 36VDC，可编程输出 0.8 – 30VDC（RPX-0.5Q 为 34V）。DC/DC 采用 RECOM 的「3D 电源封装」技术，具有包覆成型的「引线框倒装芯片」(FCoL) 结构和集成电感器。监控和控制功能包括开关控制、同步输入以及电源良好输出。转换器提供软启动以及完整的短路、过流、过热和输入欠压保护。

RECOM 的 RPY-1.5Q LED 驱动器有可润湿侧翼的选项并通过了 AEC-Q100 认证。该部件采用与 RPX 系列相同的 QFN 封装，额定电流高达 1.5A，适用于高功率 LED 驱动，可通过简单的电阻网络设定较低的电流值。输入电压 4 – 36VDC，典型效率特别高可达 95%。向器件上的引脚输入数字 PWM 信号或通过模拟电压控制输出 0-100% 的调光。同一引脚还可作为关断输入。RPY-1.5Q 提供全面的过温、短路、输入欠压和输出过流保护，故障指示器引脚可发出热关断或 LED 开路或短路信号。

汽车客户要求能对 QFN 和类似封装的焊点进行光学检查的能力将受到其他行业的欢迎。通过 ISO/IATF 16949 质量认证的制造商对 AEC-Q 认证的电源产品进行广泛的测试和质量控制，也可以让客户对专为工业、数据中心和医疗等关键应用领域而设计的部件更有信心。