優(yōu)化電源管理芯片 擁抱汽車電氣化新時代

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展和科技的迅速迭代，汽車電氣化已成為未來發(fā)展的主要趨勢。電源管理芯片作為汽車電氣化的核心組成部分，正扮演著越來越重要的角色，市場規(guī)模逐步擴大的同時呈現出強勁的增長勢頭。為應對變化的電氣化市場需求，電源管理芯片行業(yè)正在不斷推出更加高效、安全、小型化的產品。全球排名前列的電子元器件授權代理商WT文曄科技，在電池管理領域深耕多年，擁有豐富的市場經驗與技術積淀，在此推薦一款ADI的先進電源管理芯片。

WT文曄高級技術支持工程師Kenty Luo表示，借助汽車電氣化、數字座艙、網絡和連接等前沿技術，ADI的解決方案助力實現了更安全的交通出行、功能更豐富的座艙體驗，以及更高效的電動汽車性能。ADI提供的系統(tǒng)級設計和智能電源管理功能，可實現靈活且可擴展的平臺解決方案，在精密檢測、邊緣處理、軟件和無線技術方面持續(xù)創(chuàng)新，以獲得實時的技術見解，致力于重新定義在整個汽車生態(tài)系統(tǒng)中創(chuàng)造和傳遞價值的方式。Kenty針對“高性能、功能安全、合作開發(fā)、小尺寸+低成本”四大關鍵要素展開介紹，并推薦了相關器件。

高性能

高效率是汽車電氣化系統(tǒng)的關鍵指標之一。電源管理芯片需要高效地轉換電能，最大限度地減少能量損失，從而提高整個系統(tǒng)的能源利用率。高性能的電源管理芯片能在不同工作負載下實現高效率的轉換，有助于減少能源損耗和提高整體組件效率。

汽車電源芯片高性能的第一大優(yōu)勢就是可以盡可能地降低功耗。這是由于汽車電氣化的發(fā)展催生了大量的娛樂功能，而這些功能要求非常低的靜態(tài)功耗。因此，電源管理芯片的設計目標就是盡量降低靜態(tài)電流，以延長電池壽命和延長設備的待機時間；與此同時，還要求芯片擁有更低的電源噪音。

MAX25232是一款集成了高側和低側開關的小型同步降壓型轉換器，可在3.5V至36V的輸入電壓范圍內提供高達3A的電流，而在無負載時靜態(tài)電流消耗僅為3.5μA。在正常的6V至18V工作輸入范圍內，該器件在FPWM模式下提供±2%的輸出電壓精度。

該轉換器具有65ns的超短導通時間能力，能夠提供較大的輸入至輸出轉換比。電壓質量可以通過觀察PGOOD信號來監(jiān)測。該器件可以在99%占空比低壓差下運行，非常適合汽車和工業(yè)應用。MAX25232還提供5V和3.3V兩種固定輸出電壓。

此外，該器件可以使用外部電阻分壓器配置為1V至10V輸出電壓。頻率在內部固定為2.1MHz，因此所需外部元件數量少，同時能夠減少輸出紋波，并確保沒有AM干擾。與此同時，還提供400kHz選項以盡量降低開關損耗和提高效率。

MAX25232型號版本采用小型(3mm x 3mm)、12引腳、TDFN封裝，帶有裸露焊盤，所需外部元件非常少。在輕負載時自動進入跳躍模式，空載時的超低靜態(tài)電流為3.5μA，還具有展頻調制能力，可以更大限度地減少調制頻率導致的電磁輻射，各項性能都優(yōu)于競品。

功能安全

除了保證汽車電源產品的電氣特性具有優(yōu)勢之外，ADI產品還有一個優(yōu)勢就是功能安全。隨著新能源汽車的不斷發(fā)展，大家在關注高性能的同時也越來越重視安全，這也是對汽車電源功能模塊的另一大要求。

ADI公司有能力開發(fā)ASIL-D電源產品解決方案，有專門的團隊基于ISO26262標準去做功能安全芯片的設計和開發(fā)；同時擁有獨立的質量團隊，能根據ISO26262在規(guī)定的階段進行功能安全評估，并擁有成熟且專用的功能安全開發(fā)程序和安全計劃。

將電源安全芯片設計出來后，ADI可以向客戶提供安全手冊，以及和客戶審查FMEDA、危害分析、安全概念等，以便更好地將功能安全芯片置于整個系統(tǒng)里，而且還可以和合作伙伴一起來定義功能安全的需求、開發(fā)接口協議/DIA等。

ASIL（Automotive Safety Integrity Level）是汽車安全完整性等級，最新的ISO 26262標準是以安全相關電子電氣系統(tǒng)的特點，基于IEC 61508《安全相關電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)功能安全》制定的道路車輛功能安全標準，該標準為開發(fā)車規(guī)產品提供了一個符合ASIL的框架。

ISO 26262是史上第一個適用于大批量量產產品的功能安全（Functional Safety）標準，僅針對安全相關電子電氣系統(tǒng)，包含電機、電子與軟件零件，不適用于機械、液壓等非電子電氣系統(tǒng)。

ADI專為汽車設計的電源產品覆蓋汽車座艙電子和信息娛樂系統(tǒng)、車輛自動駕駛和安全、汽車LED驅動器以及電池管理和動力總成等電氣化系統(tǒng)，確保其符合ASIL框架。根據市場表現，世健重點推薦當前業(yè)界唯一的汽車級、ASIL-D電源系統(tǒng)檢測器MAX20480。

MAX20480是符合ASIL標準的完備SoC電源系統(tǒng)監(jiān)測器，多達7路電壓監(jiān)測輸入。每路輸入均具有可編程OV/UV門限，介于2.5%至10%之間，精度為±1%。其中兩路輸入具有獨立的遠端地檢測輸入，通過集成I2C接口支持DVS。

MAX20480包含可編程靈活上電順序記錄器（FPSR）。該記錄器獨立儲存上電和斷電時標，支持開/關和休眠/待機電源排序。該器件既包含可編程質詢/應答看門狗，可通過I2C接口訪問，也包括可編程低電平有效RESET輸出。

與獨立IC或分立式元件相比，MAX20480在提高可靠性的同時能大幅降低系統(tǒng)尺寸和元件數量。與監(jiān)控控制器配合使用時，MAX20480滿足ASIL-D可靠性標準。器件工作在-40°C至+125°C環(huán)境溫度范圍。應用場景包含無人駕駛系統(tǒng)、電源系統(tǒng)監(jiān)控和MCU/SoC監(jiān)測等。

合作開發(fā)

不同的汽車品牌和型號對電源管理的需求可能有所不同，特別是在功率需求、保護功能、通信接口等方面。ADI通過與SoC廠商、Tier 1供應商和OEM合作，綜合廠商的要求去設計開發(fā)電源產品可以更好地理解客戶的定制化需求，并為其量身定制符合特定要求的產品，以滿足客戶的需求并提供更好的解決方案。

汽車電氣化的發(fā)展催生了無人駕駛的普及，自動駕駛對算力的要求越來越高，這也意味著對功率的要求會越來越高。Kenty介紹，MAX20411這款產品就是ADI結合市場發(fā)展趨勢和廠商合作的汽車級SoC降壓電源芯片，符合ASIL-D標準并可提供高達40A的輸出電流。

MAX20411為高效、同步降壓型轉換器系列，工作在3.0V至5.5V輸入電壓范圍，提供0.5V至1.275V輸出電壓范圍。寬輸入/輸出電壓范圍以及高達40A的峰值輸出電流，使其非常適合用于負載點和后端穩(wěn)壓。在整個負載、電源和溫度范圍內的輸出誤差低至±0.75%。

MAX20411具有2.1MHz固定頻率PWM模式，可實現更好的抗噪性和負載瞬態(tài)響應。2.1MHz工作頻率允許使用全陶瓷電容，使外部元件最小化。擴頻調制選項最大程度抑制電磁輻射。相對于分立式方案，集成的低RDS(ON)(ON)開關大大提高重負載時的效率，并簡化電路布局。

該器件采用MAXQ?電源架構，提供高精度瞬態(tài)性能和相位裕量，允許在獲得最大功率、性能和精度的同時最大程度降低任何特定應用的系統(tǒng)成本。采用工廠預設輸出電壓(見選型指南)，I2C接口提供動態(tài)電壓調節(jié)，擺率可編程。其他特性包括可編程軟啟動和過熱保護，應用于汽車ADAS系統(tǒng)和SoC核心電源等。

小尺寸+低成本

隨著市場對芯片的尺寸和成本要求越來越苛刻，主要是由于小型化設計趨勢、系統(tǒng)高集成度、成本壓力以及技術進步和制造工藝改進等因素的影響。除了要考慮芯片本身的尺寸外，還要考慮外圍器件的尺寸，其中影響外圍器件輸出電容尺寸大小的是最大單位增益帶寬（UGBW）能力，對于需要高瞬態(tài)性能的應用，輸出電容要求可能會提高系統(tǒng)成本和解決方案尺寸。

對此，ADI開發(fā)了MAXO^?ARCHITECTURE架構，最大限度地提高UGBW并優(yōu)化了工藝和溫度變化，在保證相同性能和輸出穩(wěn)定性的同時，比市面上競爭對手的標準架構至少減少50%的輸出電容，進而降低了系統(tǒng)PCB板的尺寸和成本。

如何將芯片的尺寸降下來？ADI用到了90nm的新工藝P90。這是90nm的一個新工藝，不僅縮小了芯片的尺寸，還將效率從老工藝的93.4%提升到了94.7%，封裝的尺寸也變小了，使得更多的邏輯單元可以更好地集成在電源芯片里，將整個系統(tǒng)的尺寸變小，成本也就隨之降下來了。

Kenty結合當前市場，推薦一款具有10μA靜態(tài)電流和雙相能力的汽車級全集成降壓轉換器MAX20408/MAX20410，集成了高側和低側開關，也是業(yè)界較早針對雙相操作優(yōu)化的集成高功率小型同步降壓轉換器。

MAX20408/MAX20410均可在3V到36V的寬輸入電壓范圍內提供高達8A/10A的電流，電壓質量可以通過觀察PGOOD信號來監(jiān)測，支持在99%占空比低壓差下運行，非常適合汽車和工業(yè)應用。

該器件提供可編程輸出電壓或3.3V/5V固定輸出電壓選項，2.1MHz和400kHz的高開關頻率選項支持使用小型外部元件，可減少輸出紋波并確保無AM干擾?？删幊痰腇SYNC輸入支持三種模式以優(yōu)化性能：強制PWM模式、具有超低靜態(tài)電流的跳躍模式以及與外部時鐘的同步模式。

MAX20408/MAX20410還具有雙相功能，支持高達20A的設計，還可配置為主機和從機，進行動態(tài)電流共享和180°錯相操作，擴頻選項可有效減少EMI輻射。此外，該器件采用小型3.5mm x 3.75mm 17引腳FC2QFN封裝，應用于汽車高級駕駛輔助系統(tǒng)和其他安全關鍵應用、汽車高功率傳感器融合以及車載信息娛樂系統(tǒng)等。

總結

ADI公司的汽車級電源管理的新技術和解決方案不僅能通過先進的技術和理念滿足汽車電氣化時代嚴苛的要求，包括對電源芯片的高性能、功能安全、合作開發(fā)、小尺寸以及低成本等多個維度的考量，同時也為市場未來的技術創(chuàng)新提供了基礎，能幫助廣大工程師更好地迎接各類挑戰(zhàn)。WT文曄科技是與ADI合作多年的授權代理商，可提供相關技術支持和服務。