滿足現(xiàn)代化汽車的功耗和安全要求

　　隨著現(xiàn)代化汽車的電子功能不斷增多，開(kāi)發(fā)人員必須解決諸如電池電量耗盡、更大的電源波動(dòng)等問(wèn)題，同時(shí)滿足安全要求。現(xiàn)代化汽車上的舒適、安全和性能功能逐年增多。為了在不犧牲性能的情況下有效降低功耗，這些特性由多個(gè)電子控制單元(ECU)和一個(gè)功能強(qiáng)大、穩(wěn)定的汽車電源管理IC(PMIC)管理。ECU在為汽車增加價(jià)值和差異優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也帶來(lái)了一些問(wèn)題。

　　例如，OEM現(xiàn)在需要解決電池電壓不穩(wěn)的問(wèn)題，將子系統(tǒng)放入有限的空間內(nèi)，支持“always on”(永遠(yuǎn)在線)功能，并滿足嚴(yán)格的安全要求。設(shè)計(jì)人員當(dāng)然希望在不增加設(shè)計(jì)周期或系統(tǒng)成本的前提下做到這一切。通過(guò)遷移至一個(gè)采用升降壓轉(zhuǎn)換器技術(shù)的架構(gòu)，OEM將能滿足日益增多的汽車功耗要求，同時(shí)提升系統(tǒng)可靠性、縮短設(shè)計(jì)周期并降低成本。

　　適合小尺寸系統(tǒng)：由于ECU必須裝入車內(nèi)有限的空間中，因此希望具有盡可能小的外形規(guī)格。例如， 先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)獲得了市場(chǎng)熱捧，它們包含自動(dòng)緊急制動(dòng)、車道偏離報(bào)警、車道保持等多個(gè)輔助系統(tǒng)。ADAS系統(tǒng)必須安裝在車上有限的空間中。除了緊湊之外， ECU還必須降低系統(tǒng)成本，同時(shí)又不犧牲功能和安全。

　　支持永遠(yuǎn)在線：當(dāng)今汽車擁有越來(lái)越多的“永遠(yuǎn)在線”系統(tǒng)，例如引擎關(guān)閉時(shí)仍在運(yùn)行的傳感器。此類ECU需要最大程度降低功耗，并在待機(jī)模式下運(yùn)行，以防電池在充電間隔期間(比如在行駛過(guò)程中)耗盡電量。

　　在所有運(yùn)行條件下都滿足安全要求：越來(lái)越多的汽車安裝了防碰撞和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。因此，ECU內(nèi)置的診斷功能必須在所有運(yùn)行情況下都能滿足安全要求。

　　滿足系統(tǒng)要求，同時(shí)又不增加設(shè)計(jì)周期或系統(tǒng)成本：在引入新的復(fù)雜技術(shù)時(shí)，即使汽車市場(chǎng)也面臨壓縮設(shè)計(jì)周期的壓力。需要使用易用的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具和評(píng)估工具包來(lái)加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作。

　　采用升降壓技術(shù)提供穩(wěn)定的電源

　　為了支持汽車電子設(shè)備，汽車中一直使用降壓轉(zhuǎn)換器提供主電源，如5V電池電壓。但是，在“啟停”和“冷起動(dòng)”情況下，電池電壓會(huì)降至5V以下。

　　為了減少電壓波動(dòng)，并防止其影響電池性能，汽車廠商在汽車電源管理系統(tǒng)中采用了大容量電容器。通常采用的是電介質(zhì)電容器，但是其比較臃腫，而且不可靠。此外，由于“負(fù)載突降”情況需要35V以上的輸入電壓，因此使用的電容器通常價(jià)格較高。

　　我們可以使用一個(gè)具備升壓功能的降壓轉(zhuǎn)換器來(lái)替代電解電容。升降壓技術(shù)可以根據(jù)輸入如電壓在降壓轉(zhuǎn)換和升壓轉(zhuǎn)換之間無(wú)縫切換運(yùn)行模式，從而穩(wěn)定電源輸出。例如，Cypress S6BP20x系列電源管理IC專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)，提供升降壓功能和寬廣的2.5-42 V輸入電壓范圍。將升壓功能內(nèi)置到降壓轉(zhuǎn)換器中，既降低了BOM成本，同時(shí)也減少了電源管理系統(tǒng)的尺寸。

　　PMIC還具備直接連接汽車電池的優(yōu)勢(shì)。它們?cè)诖龣C(jī)模式下消耗極少，因此非常節(jié)電，不容易耗盡電池電量。大容量電解電容在12V的漏電電流超過(guò)100μA，而諸如Cypress S6BP202A等升降壓轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)電流僅為20μA。它們不僅極大降低了功耗，而且還能在冷起動(dòng)和負(fù)載突降時(shí)提供穩(wěn)定的運(yùn)行。

　　內(nèi)置安全功能

　　內(nèi)置升壓技術(shù)、消除電解電容的一大優(yōu)勢(shì)是：能夠更容易滿足所有運(yùn)行條件下的安全要求。以下是車用PMIC提供的保護(hù)功能：

　　欠壓鎖定保護(hù)(UVLO) ：當(dāng)PMIC的輸入電壓降至指定閥值以下，UVLO功能將停止PMIC運(yùn)行，以阻止異常工作。

　　過(guò)壓保護(hù)(OVP) ：當(dāng)PMIC的輸出電壓異常升高超過(guò)指定閥值，OVP功能將被觸發(fā)，防止輸出電壓上升超過(guò)限值，并停止PMIC運(yùn)行以保護(hù)外圍設(shè)備。

　　過(guò)流保護(hù)(OCP) ：當(dāng)負(fù)載電路故障導(dǎo)致PMIC輸出發(fā)生短路時(shí)，OCP安全功能將限制負(fù)載電流，以防電流損害。

　　熱關(guān)機(jī)(TSD) ：當(dāng)PMIC的溫度超過(guò)指定閥值，TSD功能將停止PMIC運(yùn)行，以防熱損害。

　　電源良好(PG) ：PMIC提供一個(gè)輸出信號(hào)，用于表示電源已就緒。PG安全功能可以防止外圍設(shè)備運(yùn)行于不恰當(dāng)?shù)碾妷?，從而避免損害或錯(cuò)誤結(jié)果。

　　設(shè)計(jì)驗(yàn)證

　　設(shè)計(jì)驗(yàn)證是滿足安全要求的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了加快設(shè)計(jì)進(jìn)程和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作，很多PMIC廠商提供包含設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具的評(píng)估工具包。這些評(píng)估工具包可讓開(kāi)發(fā)人員檢查設(shè)計(jì)是否滿足規(guī)格要求，但開(kāi)發(fā)人員通常還是需要花更多精力來(lái)精確測(cè)量不同條件下的規(guī)格參數(shù)。幸而，有設(shè)計(jì)工具可以簡(jiǎn)化這個(gè)過(guò)程。例如，賽普拉斯的評(píng)估工具包提供基于網(wǎng)頁(yè)的Easy DesignSimTM軟件工具(http://www.cypress.com/easy-design-sim )。這些工具能夠加快電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)集成，能夠讓設(shè)計(jì)人員在檢查原理圖的同時(shí)執(zhí)行各種測(cè)量，其中包括BOM用量分析、瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析、開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)。

　　先進(jìn)的汽車電子設(shè)備可提供更多功能，加強(qiáng)駕駛員安全保證，但代價(jià)卻是導(dǎo)致電源波動(dòng)的加劇。升降壓技術(shù)可消除臃腫的電容器，降低系統(tǒng)成本并縮減尺寸。此外，集成PMIC還可降低電池電量耗盡的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)借助各項(xiàng)內(nèi)置安全功能提升系統(tǒng)的整體可靠性。設(shè)計(jì)工具還可加快設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)驗(yàn)證速度。