近年來，汽車電子在汽車系統(tǒng)設(shè)計中變得越來越重要。我們很可能聽說過便利功能的增加、信息娛樂設(shè)計的改進(jìn)、駕駛員輔助系統(tǒng)和自動駕駛汽車設(shè)計的增長。為了推動汽車系統(tǒng)的創(chuàng)新，每個新設(shè)備都必須針對更小、更嚴(yán)格的設(shè)計要求進(jìn)行優(yōu)化。這對提供這些應(yīng)用程序的電源樹意味著什么？
以帶有觸覺反饋的發(fā)光二極管 (LED) 頂燈為例。該系統(tǒng)需要一個 5V 電源軌來為提供 LED 的 LED 驅(qū)動器和控制偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 (ERM) 電機(jī)的觸覺驅(qū)動器供電。LED 和觸覺驅(qū)動器是電流密集型的，需要大約 2A。由于在此負(fù)載下保持系統(tǒng)冷卻所需的高效率，降壓轉(zhuǎn)換器是提供此電流的最佳選擇。汽車 ECU 的大腦是一個 3.3V 微控制器 (MCU)，電流需求僅為 150mA。雖然 ECU 可以在汽車點火開關(guān)關(guān)閉時切換到待機(jī)模式以節(jié)省電力，但 MCU 可能需要保持活動狀態(tài)以處理通信和喚醒功能。
在 LED 頂燈示例中，我們將使用降壓轉(zhuǎn)換器為 5V 電源軌供電，而 LDO 負(fù)責(zé) 3.3V 電源軌，如圖 1 所示。在一個芯片上集成兩個電源軌可實現(xiàn)非常小的解決方案尺寸并增加了一項有助于提高系統(tǒng)效率的功能：LDO 自動源。當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器啟用時，開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出為 LDO 供電，從而最大限度地降低壓降、功耗和熱耗散。
對于這些應(yīng)用，我們可以選擇低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器作為最具成本效益的組件，以提供低電流，同時為噪聲敏感的微處理器提供干凈的電源軌。但是為了支持待機(jī)模式，LDO 直接連接到汽車電池，會產(chǎn)生很大的壓降。
我使用了一個示例應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序需要較高電壓軌上的高電流和較低電壓軌上的低電流。但是，如果情況相反，高壓軌只需要很小的電流，而大部分系統(tǒng)負(fù)載通過較低的電壓軌供電呢？
汽車系統(tǒng)的一個常見要求是保持通信，通常由運行在 5V 的控制器局域網(wǎng) (CAN) 收發(fā)器處理，即使在系統(tǒng)的其余部分關(guān)閉時也是如此——這是待機(jī)低電壓的完美場景提供穩(wěn)定的 5V 電壓軌的壓差穩(wěn)壓器 (LDO)。系統(tǒng)的其他組件通常以相同或更低的電壓運行，但需要更高的電流，例如微控制器、存儲器、發(fā)光二極管 (LED) 驅(qū)動器、電機(jī)驅(qū)動器、附加接口或負(fù)載點電壓監(jiān)管機(jī)構(gòu)。
在我的兩部分系列的這一部分中，應(yīng)用示例是汽車平視顯示器 (HUD)。HUD 的電源樹由兩條具有不同電流要求的電源軌組成。5V 電源軌需要最大 100mA 的電流來為始終開啟的 CAN 收發(fā)器供電。所有其他負(fù)載均由 3.3V 電源軌供電。一個低壓電源管理集成電路 (IC) 運行在 3.3V 電壓軌上并吸收高達(dá) 2A 的電流，為微處理器和雙倍數(shù)據(jù)速率 (DDR) 存儲器以及系統(tǒng)的其余部分供電，如圖 1 所示.
如今，HUD 單元通常通過使用分立降壓和 LDO 解決方案來解決這些要求，但汽車儀表板頂部的可用空間極為有限。節(jié)省的每一寸板面空間都直接有利于乘客，增加了車內(nèi)空間。大小真的很重要。通過將分立解決方案集成到一個芯片中并使用組合的降壓轉(zhuǎn)換器和 LDO 穩(wěn)壓器來尋址電源樹，解決方案的尺寸可以減少 25% 以上。
使用集成解決方案時，我們無需犧牲分立實現(xiàn)的優(yōu)勢：降壓和 LDO 都可以單獨激活，并且能夠直接連接到電池，從而在為電源軌。
圖 1：汽車 HUD 框圖
TPS65321-Q1 是一種單芯片解決方案，能夠在正常運行期間為 HUD 系統(tǒng)的兩個電壓軌供電，同時還能保持較高的電壓軌工作，并在待機(jī)模式下通過 LDO 為 5V CAN 收發(fā)器供電，靜態(tài)電流小于35μA 典型值。
解決方案尺寸減小和離散功能集成是所有汽車系統(tǒng)的趨勢。我們可以在幾乎所有汽車應(yīng)用中找到類似的電源樹要求和用例，包括信息娛樂、高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)、車身電子和遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)。
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