嵌入式方案：高性能汽車中的電源設計

這里列出了四種常用的電源架構(gòu)，總結(jié)了最近三年汽車領域的典型設計架構(gòu)。當然，用戶可以通過不同方式實現(xiàn)具體的設計要求，多數(shù)方案可歸納為這四種結(jié)構(gòu)中的一種。

方案 1

該架構(gòu)為優(yōu)化DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率、布局、PCB散熱及噪聲指標提供了一種靈活設計。
方案1的主要優(yōu)勢是：

?增加核設計的靈活性。即使不是最低成本/最高效率的解決方案，增加一個獨立的轉(zhuǎn)換器有助于重復利用原有設計。

?有助于合理利用開關電源和線性穩(wěn)壓器。例如，相對于直接從汽車電池降壓到1.8V，從3.3V電壓產(chǎn)生1.8V300mA的電源效率更高、成本也更低。

?分散PCB的熱量，這為選擇轉(zhuǎn)換器的位置及散熱提供了靈活性。

?允許使用高性能、高性價比的低電壓模擬IC，與高壓IC相比，這種方案提供了更寬的選擇范圍。

方案1的缺點是：較大的電路板面積、成本相對較高、對于有多路電源需求的設計來說過于復雜。

方案 2

該方案是高集成度與設計靈活性的折衷，與方案1相比，在成本、外形尺寸和復雜度方面具有一定的優(yōu)勢。特別適合2路降壓輸出并需要獨立控制的方案。例如，要求3.3V電源不間斷供電，而在需要時可以關閉5V電源，以節(jié)省IQ電流。另一種應用是產(chǎn)生5V和8V電源，利用這種方案可以省去一個從5V電壓升壓的 boost轉(zhuǎn)換器。

采用外置MOSFET的兩路輸出控制器可以提供與方案相同的PCB布板靈活性，便于散熱。內(nèi)置MOSFET的轉(zhuǎn)換器，設計人員應注意不要在PCB的同一位置耗散過多的熱量。

方案 3

這一架構(gòu)把多路高壓轉(zhuǎn)換問題轉(zhuǎn)化成一路高壓轉(zhuǎn)換和一個高度集成的低壓轉(zhuǎn)換IC，相對于多輸出高壓轉(zhuǎn)換IC，高集成度低壓轉(zhuǎn)換IC成本較低，且容易從市場上得到。如果方案3中的低壓PMIC有兩路以上輸出，那么方案3將存在與方案4相同的缺陷。

方案3的主要劣勢是多路電壓集中在同一芯片，布板時需要慎重考慮PCB散熱問題。

方案 4

最新推出的高集成度PMIC可以在單芯片上集成所有必要的電源轉(zhuǎn)換和管理功能，突破了電源設計中的諸多限制。但是，高集成度也存在一定的負面影響。

?在高集成度PMIC中，集成度與驅(qū)動能力總是相互矛盾。例如，在產(chǎn)品升級時，原設計中內(nèi)置MOSFET的穩(wěn)壓器可能無法滿足新設計中的負載驅(qū)動要求。

?把低壓轉(zhuǎn)換器級聯(lián)到高壓轉(zhuǎn)換器有助于降低成本，但這種方式受限于穩(wěn)壓器的開/關控制。例如，如果5V電源關閉時必須開啟3.3V電源，就無法將3.3V輸入連接到5V電源輸出；否則將不能關閉5V電源，造成較高的靜態(tài)電流IQ。

Maxim的汽車電源解決方案

Maxim的汽車電源IC克服了許多電源管理問題，能夠提供獨特的高性能解決方案。電源產(chǎn)品包括過壓保護、微處理器監(jiān)控、開關轉(zhuǎn)換器和線性穩(wěn)壓器等高度集成的多功能PMIC (如圖4所示)。電源IC符合汽車級質(zhì)量認證和生產(chǎn)要求，例如：AECQ100認證、DFMEA、不同的溫度等級(包括85℃、105℃、125℃、 135℃)、特殊的封裝要求。