設(shè)計汽車集群電源

集群變得越來越大，以容納越來越多的駕駛員可用的數(shù)據(jù)，并實時提供這些信息。集群顯示器正在從傳統(tǒng)的基于機械的解決方案轉(zhuǎn)向基于 LCD 的設(shè)計，為駕駛員提供了更多選擇來定制它并個性化駕駛體驗。

這種趨勢給設(shè)計工程師帶來了一些挑戰(zhàn)。電機驅(qū)動器是機電的，不會顯示出來自 EMC 等問題的明顯干擾，但 LCD 顯示器上的這個問題可以看作是可見的波紋（斷續(xù)線），這會分散駕駛員的注意力。實際上，可以比 LCD 顯示器更好地屏蔽電機驅(qū)動器，LCD 顯示器必須更加開放，而不是隱藏在前面板后面。

其次，現(xiàn)代集群顯示器需要在冷啟動和熱啟動條件下工作。在汽車運行的這些階段，它們可能特別容易受到系統(tǒng)輸入和輸出上的大瞬變的影響。此類情況還可能導(dǎo)致在電機驅(qū)動器上可能看不到的顯示器干擾，例如模糊的圖形或失真。

最后，隨著集群顯示器變得越來越大，PCB 會增長以支持顯示器，因為它是單元整體結(jié)構(gòu)的支柱。PCB 顯著增加了整體解決方案的成本，并且可能成為物料清單中成本最高的項目。因此，集群 PCB 通常設(shè)計為兩層以保持低成本。兩層設(shè)計更容易受到噪聲的影響，因為只有幾層銅層可以最大限度地減少通過電源層的噪聲。這對必須設(shè)計此類系統(tǒng)的工程師提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

圖 1：集群電源參考設(shè)計。

TI Designs 參考設(shè)計，即用于汽車集群單元參考設(shè)計的 CISPR 25 5 類額定 14W 多輸出電源參考設(shè)計，可以幫助克服這些問題或指導(dǎo)工程師采用最佳實踐（圖 1）。該參考設(shè)計是針對汽車儀表板單元的傳導(dǎo)電磁干擾 (EMI) 優(yōu)化的兩層板電源。電源有兩個級聯(lián)的降壓穩(wěn)壓器。第一級降壓使用 LM26003 在 2A 輸出時產(chǎn)生 5V。第二級使用 LM26420 產(chǎn)生兩個 1.5A 時 2.8V 和 2A 時 1.8V 的輸出（總最大輸出功率為 14W）。

LM26003 是寬 V IN非同步降壓穩(wěn)壓器，LM26420 是 5V 輸入雙路 2A 高頻同步降壓穩(wěn)壓器。它們均符合 AEC-Q100 1 級汽車標(biāo)準(zhǔn)。

該參考設(shè)計的輸入電壓范圍為 6.5V 至 38V，使其適用于 12V 汽車電池系統(tǒng)并涵蓋大多數(shù)冷啟動和熱啟動條件。如果規(guī)范要求低于 6.5V，則有必要使用預(yù)升壓或降壓升壓。兩層板設(shè)計有一個額外的輸入濾波器級，以提高傳導(dǎo) EMC 性能并最大限度地減少對顯示器的任何挑戰(zhàn)，例如閃爍的線條，或信息不可見或不正確顯示。該板已根據(jù)汽車 EMC 標(biāo)準(zhǔn) CISPR 25 進(jìn)行了測試，其傳導(dǎo)發(fā)射符合 CISPR 25 5 類要求。請參見圖 2。

圖 2：使用集群電源參考設(shè)計在 150kHz 至 30MHz 范圍內(nèi)傳導(dǎo) EMC。

通過這樣的設(shè)計，可以滿足大型 LCD 顯示器的嚴(yán)格要求，通過提供高效率來管理熱約束（因為用于散熱的 PCB 層有限），并通過盡可能少的組件將成本保持在最低水平用于噪聲抑制。

PMP9458 參考設(shè)計是針對汽車儀表板單元的傳導(dǎo) EMI 優(yōu)化的 2 層板電源。電源有兩個級聯(lián)的降壓穩(wěn)壓器：第一級降壓使用 LM26003 產(chǎn)生 5V、2A 輸出，第二級使用 LM26420 產(chǎn)生 2.8V、1.5A 和 1.8V、2A 兩個輸出（最大輸出總功率為14W）。LM26003 是寬輸入電壓非同步降壓穩(wěn)壓器，LM26420 是 5V 輸入雙 2A 高頻同步降壓穩(wěn)壓器。它們都有汽車級版本，符合 AEC-Q100 1 級標(biāo)準(zhǔn)。該設(shè)計的輸入電壓范圍為 6.5V 至 38V，使其適用于汽車 12V 電池系統(tǒng)。2 層板設(shè)計對 PCB 布局進(jìn)行了優(yōu)化，并增加了一個輸入濾波器級以提高傳導(dǎo) EMI 性能。

特征

· 傳導(dǎo) EMI 優(yōu)化的 2 層 PCB 設(shè)計

· 符合 CISPR 25 5 類傳導(dǎo)發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)

· 6.5V 至 38V 寬輸入電壓范圍

· LM26003 和 LM26420 均提供符合 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)的版本

· 通過跳線引腳可配置電源啟用/關(guān)閉

· 此電路板經(jīng)過測試，包括設(shè)計文件和測試報告

LM26420 穩(wěn)壓器是一款單片高效雙路 PWM 降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。該器件能夠通過內(nèi)部 75-mΩ PMOS 頂部開關(guān)和內(nèi)部 50-mΩ NMOS 底部開關(guān)驅(qū)動兩個 2-A 負(fù)載，使用最先進(jìn)的 BICMOS 技術(shù)可實現(xiàn)最佳功率密度。世界一流的控制電路允許低至 30 ns 的導(dǎo)通時間，從而在整個 3V 至 5.5V 輸入工作范圍內(nèi)支持異常高頻轉(zhuǎn)換，最低輸出電壓為 0.8V。

雖然工作頻率很高，但高達(dá) 93% 的效率很容易實現(xiàn)。包括外部關(guān)斷，具有超低待機電流。LM26420 利用電流模式控制和內(nèi)部補償在各種工作條件下提供高性能調(diào)節(jié)。

LM26003 是一款開關(guān)穩(wěn)壓器，專為滿足具有待機模式的應(yīng)用的高效率要求而設(shè)計。該器件具有低電流睡眠模式，可在輕負(fù)載條件下保持效率，并具有電流模式控制功能，可在寬輸入電壓范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。在停機模式下，靜態(tài)電流通常降至 10.8 μA，而在睡眠模式下則低于 40 μA。強制 PWM 模式也可用于禁用睡眠模式。

LM26003 器件可通過內(nèi)部 N 溝道開關(guān)提供高達(dá) 3A 的連續(xù)負(fù)載電流和固定的電流限制。該器件具有 4.0 V 至 38 V 的寬輸入電壓范圍，并且可以在線路瞬態(tài)期間以低至 3 V 的輸入電壓工作。

工作頻率可通過單個電阻在 150 kHz 至 500 kHz 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，并可與外部時鐘同步。

其他特性包括電源良好、可調(diào)節(jié)軟啟動、使能引腳、輸入欠壓保護(hù)以及用于減少組件數(shù)量的內(nèi)部自舉二極管。