如何在確保功能安全的同時(shí)將ADAS處理器推高到100 A以上

車(chē)輛正在采用越來(lái)越多的高級功能，包括自適應巡航控制、前方碰撞警告、自動(dòng)遠光燈控制、駕駛員監控、停車(chē)輔助、車(chē)聯(lián)網(wǎng) （V2X） 通信和完全自動(dòng)駕駛。隨著(zhù)車(chē)輛提供越來(lái)越多的此類(lèi)功能，它們需要相當大的處理能力，而現代高級駕駛輔助系統 （ADAS） 的電流可能超過(guò) 100 A。

選擇既能提供必要電壓和電流，又能最大限度地減少電磁干擾 （EMI） 的處理器和電源可能會(huì )帶來(lái)挑戰。

ADAS 片上系統

Texas Instruments 的 TDA4VH-Q1 汽車(chē)片上系統 （SoC） 是一款適合用于 ADAS 應用的處理器。它結合了 8 個(gè) Arm Cortex-A72 應用內核，提供深度和運動(dòng)、視頻編碼/解碼、視覺(jué)預處理和深度學(xué)習硬件加速器。為了幫助您確定特定 TDA4VH-Q1 應用的確切電流和電壓要求，TI 提供了功耗估算工具。

在確定特定 ADAS 的要求后，您可以使用 TPS62876-Q1 降壓轉換器來(lái)提供必要的功率。這些轉換器的最大額定電流為 15 至 30 A，但它們提供堆疊功能，使它們能夠協(xié)同工作以提供超過(guò) 100 A 的電流。

圖 1 顯示了兩個(gè)采用堆疊配置的 TPS62876-Q1 器件。在這里，下部器件以次級模式工作，通過(guò)將其 SYNC_OUT 引腳接地來(lái)編程。為了在堆棧模式下實(shí)現最佳均流，兩個(gè)器件應以相同的開(kāi)關(guān)頻率工作，通過(guò)每個(gè)器件的 FSEL 引腳進(jìn)行編程。

1. 堆疊式 TPS62876-Q1 降壓轉換器可支持超過(guò)單個(gè)器件 30A 最大額定電流的電流。

TPS62876-Q1 的其他功能包括下降補償，它提高了負載瞬態(tài)容差，同時(shí)最大限度地減少了所需的輸出電容，從而降低了成本并提高了功率密度。這些器件還具有遠程感應功能，使它們能夠為具有嚴格電源電壓容差的 SoC 供電。

此外，擴頻時(shí)鐘功能通過(guò)將開(kāi)關(guān)頻率調制到標稱(chēng)值附近 ±10%，有助于最大限度地降低 EMI。最后，這些器件可以通過(guò)其 I2C 接口報告過(guò)熱和過(guò)流警告。

當然，功能安全是 ADAS 和其他汽車(chē)應用的一個(gè)關(guān)鍵方面。TPS62876-Q1 屬于 TI 的功能安全功能產(chǎn)品類(lèi)別，并隨附有關(guān)故障率和組件故障模式的文檔。

雙相降壓轉換器

另一種方法是使用 TPS6288x-Q1 系列雙相降壓轉換器中的器件（圖 2）。這些轉換器提供 12A、20A、24A 和 30A 額定電流，并具有堆疊功能，使五個(gè)器件能夠并聯(lián)運行;因此，您可以部署五個(gè) 30-A TPS62883-Q1 版本，總額定電流為 150-A。輸入電壓范圍為 2.7 至 6 V。三個(gè)輸出電壓范圍從 0.4 V 到 1.2 V，可通過(guò)器件的 VSELx 引腳或 I2C 接口進(jìn)行選擇。其開(kāi)關(guān)頻率在工廠(chǎng)編程為 2.25 MHz。您可以選擇將它們編程為 1.5 MHz、2.5 MHz 或 3 MHz，并將它們與外部 clock同步。

2. TPS6288x-Q1 系列雙相降壓轉換器可最大限度地減少電壓紋波和電感器尺寸。

該系列中的所有器件均為雙相器件，可減少輸入和輸出電壓紋波，并支持使用小型電感器，從而節省成本并提高功率密度。在中等和重負載下，這些器件以脈寬調制 （PWM） 模式運行，并在輕負載下切換到非連續導通模式，以保持高效率?；蛘?，它們可以配置為在所有負載條件下以 PWM 模式運行，從而最大限度地減少所有負載范圍內的輸出電壓紋波。

其他特性包括自適應/動(dòng)態(tài)電壓調節、差分遙感、過(guò)流保護和可選的擴頻時(shí)鐘。TPS6288x-Q1 器件屬于 TI 的功能安全合規類(lèi)別，并隨附文檔以支持高達 ISO 26262 標準的汽車(chē)安全完整性等級 （ASIL） D 的設計。

高輸入電壓

對于高輸入電壓應用，TI 提供 LM5137F-Q1 雙通道同步降壓控制器。得益于其 80 V 的額定輸入電壓，該控制器可以執行從 12 V、24 V 或 48 V 汽車(chē)總線(xiàn)到低至 0.8 V 的低壓軌的直接轉換，從而降低成本和復雜性。每個(gè)器件包括兩個(gè)交錯式同步降壓通道，可配置為雙輸出或單多相輸出。這些器件最多可堆疊四個(gè)相位。

LM5137F-Q1 具有多項功能，有助于最大限度地降低 EMI 并有助于符合相關(guān)的 EMI 標準。它包括自適應定時(shí)大電流 MOSFET 柵極驅動(dòng)器，可在高輸入電壓和開(kāi)關(guān)頻率下最大限度地降低 EMI，同時(shí)降低開(kāi)關(guān)損耗。雙輸出配置支持 180 度交錯作，以減少輸入電容器紋波電流和 EMI 濾波器尺寸。

此外，該控制器還包括可編程、雙隨機、擴頻功能，其電阻可調開(kāi)關(guān)頻率可與外部時(shí)鐘同步，以消除拍頻。與 TPS6288x-Q1 一樣，LM5137F-Q1 支持高達 ASIL D 的功能安全設計。

Buck 控制器評估模塊

為了幫助您開(kāi)始使用 LM5137F-Q1，TI 提供了 LM5137F-Q1-EVM12V 評估模塊 （EVM），該模塊在 36V 至 72V 的輸入范圍內運行，并提供 12V、20A 輸出。您可以通過(guò)改變反饋電阻值來(lái)定制 3.3 至 20 V 的輸出電壓。該模塊配有一個(gè)用于并聯(lián)阻尼的電解電容器和一個(gè)輸入 p 級 EMI 濾波器。

圖 3 顯示了 EVM 的推薦測試設置。TI 建議使用輸入阻抗為 100 MW 的電壓表，并將電流表孔徑時(shí)間設置為 1 秒。要測量輸出電壓紋波，請在交流耦合模式下使用 20 MHz 示波器，將示波器探頭放在輸出電容器的正端子上，并將探頭接地引線(xiàn)連接到電容器的負端子。3. 簡(jiǎn)單的測試設置可讓您研究輸入和輸出直流電壓和電流以及輸出電壓紋波。結論

隨著(zhù)越來(lái)越復雜的車(chē)輛采用更先進(jìn)的駕駛員輔助功能，一直延伸到自動(dòng)駕駛運行，它們需要能夠消耗超過(guò) 100 A 電流的 ADAS。TI 提供一系列降壓轉換器和控制器，這些轉換器和控制器可以提供必要的電流，同時(shí)最大限度地降低 EMI 并滿(mǎn)足功能安全要求。該公司還提供評估模塊，可以幫助您入門(mén)并保持您的設計走上正確的軌道。