滿(mǎn)足現代化汽車(chē)的功耗和安全要求

　　隨著(zhù)現代化汽車(chē)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(mǎn)足安全要求?，F代化汽車(chē)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)功能強大、穩定的汽車(chē)電源管理IC(PMIC)管理。ECU在為汽車(chē)增加價(jià)值和差異優(yōu)勢的同時(shí)也帶來(lái)了一些問(wèn)題。

　　例如，OEM現在需要解決電池電壓不穩的問(wèn)題，將子系統放入有限的空間內，支持“always on”(永遠在線(xiàn))功能，并滿(mǎn)足嚴格的安全要求。設計人員當然希望在不增加設計周期或系統成本的前提下做到這一切。通過(guò)遷移至一個(gè)采用升降壓轉換器技術(shù)的架構，OEM將能滿(mǎn)足日益增多的汽車(chē)功耗要求，同時(shí)提升系統可靠性、縮短設計周期并降低成本。

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

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

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

　　滿(mǎn)足系統要求，同時(shí)又不增加設計周期或系統成本：在引入新的復雜技術(shù)時(shí)，即使汽車(chē)市場(chǎng)也面臨壓縮設計周期的壓力。需要使用易用的設計驗證工具和評估工具包來(lái)加快設計進(jìn)程，并簡(jiǎn)化設計驗證工作。

　　采用升降壓技術(shù)提供穩定的電源

　　為了支持汽車(chē)電子設備，汽車(chē)中一直使用降壓轉換器提供主電源，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(chē)廠(chǎng)商在汽車(chē)電源管理系統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換器來(lái)替代電解電容。升降壓技術(shù)可以根據輸入如電壓在降壓轉換和升壓轉換之間無(wú)縫切換運行模式，從而穩定電源輸出。例如，Cypress S6BP20x系列電源管理IC專(zhuān)為汽車(chē)應用而設計，提供升降壓功能和寬廣的2.5-42 V輸入電壓范圍。將升壓功能內置到降壓轉換器中，既降低了BOM成本，同時(shí)也減少了電源管理系統的尺寸。

　　PMIC還具備直接連接汽車(chē)電池的優(yōu)勢。它們在待機模式下消耗極少，因此非常節電，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)和負載突降時(shí)提供穩定的運行。

　　內置安全功能

　　內置升壓技術(shù)、消除電解電容的一大優(yōu)勢是：能夠更容易滿(mǎn)足所有運行條件下的安全要求。以下是車(chē)用PMIC提供的保護功能：

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

　　過(guò)壓保護(OVP) ：當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運行以保護外圍設備。

　　過(guò)流保護(OCP) ：當負載電路故障導致PMIC輸出發(fā)生短路時(shí)，OCP安全功能將限制負載電流，以防電流損害。

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

　　電源良好(PG) ：PMIC提供一個(gè)輸出信號，用于表示電源已就緒。PG安全功能可以防止外圍設備運行于不恰當的電壓，從而避免損害或錯誤結果。

　　設計驗證

　　設計驗證是滿(mǎn)足安全要求的一個(gè)重要環(huán)節。為了加快設計進(jìn)程和簡(jiǎn)化設計驗證工作，很多PMIC廠(chǎng)商提供包含設計驗證工具的評估工具包。這些評估工具包可讓開(kāi)發(fā)人員檢查設計是否滿(mǎn)足規格要求，但開(kāi)發(fā)人員通常還是需要花更多精力來(lái)精確測量不同條件下的規格參數。幸而，有設計工具可以簡(jiǎn)化這個(gè)過(guò)程。例如，賽普拉斯的評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的設計集成，能夠讓設計人員在檢查原理圖的同時(shí)執行各種測量，其中包括BOM用量分析、瞬態(tài)分析、穩態(tài)分析、開(kāi)機和關(guān)機。

　　先進(jìn)的汽車(chē)電子設備可提供更多功能，加強駕駛員安全保證，但代價(jià)卻是導致電源波動(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，同時(shí)借助各項內置安全功能提升系統的整體可靠性。設計工具還可加快設計和設計驗證速度。