安森美半導(dǎo)體汽車信息娛樂系統(tǒng)電源方案

時至今日，汽車中使用的電子元件數(shù)量越來越多，而這一趨勢還會繼續(xù)下去，這就給為系統(tǒng)供電的電源轉(zhuǎn)換帶來了更多的設(shè)計挑戰(zhàn)。這些復(fù)雜的系統(tǒng)需要在可靠和緊湊的布局中實(shí)現(xiàn)多個電壓軌；不同器件又有不同的需求，所有器件都需要占板面積更小、能效盡可能高。作為應(yīng)用于綠色電子產(chǎn)品的首要高性能、高能效硅方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體提供各種針對汽車信息娛樂系統(tǒng)應(yīng)用的電源方案，可以幫助系統(tǒng)設(shè)計師應(yīng)對挑戰(zhàn)。

汽車信息娛樂系統(tǒng)電源需求分析
汽車上所應(yīng)用的電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜，且在逐年增加。汽車信息娛樂系統(tǒng)是其中之一。這類系統(tǒng)過去往往只用于“高檔”豪華型汽車，但是現(xiàn)在卻正出現(xiàn)在更多“主流”汽車中，這加快了為其供電的電源集成電路市場增長。信息娛樂系統(tǒng)至少包括導(dǎo)航系統(tǒng)、AM/FM收音機(jī)和CD播放器，目前越來越多的系統(tǒng)增加了具有多個輸出的DVD播放器、衛(wèi)星無線電設(shè)備。這些系統(tǒng)的復(fù)雜性越來越高，對電源的要求也在提高。
　　
例如，汽車信息娛樂系統(tǒng)電源既要求低電流——為微控制器(MCU)及傳感器供電(5 V、3.3 V，電流10～100 mA)，也需要大電流——為高性能處理器(DSP)及USB供電(5 V、3.3 V、1.2 V，電流0～3 A)；而LED背光需要電壓12 V、電流低于1 A供電，其它設(shè)備(天線、風(fēng)扇、電機(jī)、VFD顯示屏驅(qū)動等)還有其它電壓要求。因此，除了多種輸出電壓，還有更多要求，對于常開電源還需要低待機(jī)功耗；需要提供更高功率、更大電流；低功耗、高效率、高集成度；對電源電磁兼容性(EMS)的要求也比較高。

安森美半導(dǎo)體信息娛樂系統(tǒng)電源方案
安森美半導(dǎo)體提供各種應(yīng)用于信息娛樂系統(tǒng)電源的產(chǎn)品，概括起來主要有以下幾類。一類是線性穩(wěn)壓器(LDO)，用于電池及后級穩(wěn)壓，具有標(biāo)準(zhǔn)/低靜態(tài)電流、高電源抑制比(PSRR)/超低靜態(tài)電流，以及跟蹤器和電流檢測功能；第二類是豐富的開關(guān)電源(SMPS)產(chǎn)品，用于降壓及升壓控制器/穩(wěn)壓器，采用同步/非同步拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供高頻、低靜態(tài)電流和電池及后級穩(wěn)壓；第三類是電源管理單元(PMU)，以更高集成度優(yōu)化了尺寸/性能。這些產(chǎn)品都符合下一代尺寸及能效要求。
　　
安森美半導(dǎo)體信息娛樂系統(tǒng)電源用LDO中的NCV42xx和NCV85xx是標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)電流Iq＞60 μA的器件，前者與英飛凌TLE42xx管腳兼容，后者功能豐富，與主流廠商英飛凌/意法半導(dǎo)體/美國國家半導(dǎo)體的相應(yīng)產(chǎn)品管腳兼容；NCV86xx與標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)電流LDO管腳兼容，靜態(tài)電流極低，可達(dá)33 μA＜ Iq ＜ 50 μA；NCV87xx具有超低靜態(tài)電流Iq ＜ 33 μA，與極低靜態(tài)電流LDO管腳兼容。
　　
在信息娛樂系統(tǒng)電源用開關(guān)電源方面，安森美半導(dǎo)體提供降壓SMPS，如集成開關(guān)的轉(zhuǎn)換器NCV8901/02系列、高性能控制器NCV8851等，以及低成本的NCV3020、LV5749NV等；升壓SMPS控制器有高性能的NCV8871等和適合低成本應(yīng)用的NCV3063等。
　　
在電源管理單元方面，安森美半導(dǎo)體的NCV8855集成了同步降壓控制器、2.5A集成開關(guān)、2路LDO控制器、2 A高邊開關(guān)等特性；NCV8612是集成了3路LDO輸出的器件，可自動切換(ASO)，超低靜態(tài)電流(Iq) ＜ 50 μA有助于降低功耗；NCV8881是1.5 A集成開關(guān)的降壓轉(zhuǎn)換器(8.5 V/40 mA、5.0 V/100 mA)，具有ROSC及SYNC和看門狗功能，頻率高達(dá)600 kHz。

安森美半導(dǎo)體信息娛樂系統(tǒng)電源設(shè)計方案比較
汽車信息娛樂系統(tǒng)的電源規(guī)格如下所示。要符合這些規(guī)格，可以選擇不同的設(shè)計方案，如采用PMU方案、開關(guān)電源方案或可實(shí)現(xiàn)升降壓功能的SEPIC方案等。

表1：汽車信息娛樂系統(tǒng)電源規(guī)格

1)PMU方案
　　PMU方案是集成度最高的信息娛樂系統(tǒng)電源方案。此方案結(jié)合使用安森美半導(dǎo)體的NCV8855 PMU以及NCV8664和NCV47700等器件。
　　

圖1：基于高集成度PMU的汽車信息娛樂系統(tǒng)電源方案

NCV8855集成有四路電源及一路高邊開關(guān)，包含同步BUCK控制器、集成開關(guān)的2.5A非同步BUCK轉(zhuǎn)換器及兩路LDO控制器。其特性包括多路輸出、兩路開關(guān)電源錯相工作、內(nèi)部集成軟起/診斷等功能，采用40管腳QFN封裝。它的優(yōu)勢在于，實(shí)現(xiàn)高集成度和高效率，有較好的電源抑制比及低EMI，較少的外部元器件，采用高散熱能力的小尺寸封裝，適用于車載娛樂系統(tǒng)及儀表盤應(yīng)用，圖2是其應(yīng)用電路。
　　

圖2：NCV8855應(yīng)用電路

NCV8664是一款具有150mA輸出能力的極低靜態(tài)電流(5.0 V、3.3 V)LDO。可以在-40℃到85℃的環(huán)境溫度下工作，能夠滿足車廠對靜態(tài)電流的現(xiàn)有要求，用來為最新的微處理器供電。在全溫度范圍內(nèi)，其靜態(tài)電流最大不超過30uA，與標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)電流產(chǎn)品NCV4264管腳兼容，方便替換，適合車身電子、剎車系統(tǒng)、車載娛樂系統(tǒng)、安全氣囊等應(yīng)用，應(yīng)用電路如圖3所示。

圖3：NCV8664應(yīng)用電路

NCV47700/01是天線(電流感測)LDO/HSS(高邊開關(guān))。NCV47700的輸出電壓精度為；NCV47701為±3 %，限流精度為±10 %；具有可調(diào)節(jié)輸出電壓(5至20 V)、使能功能(Enable)、過熱保護(hù)(TSD)、可以配置為LDO或高邊開關(guān)等功能。限流值設(shè)定(CSO)Vcso = Iout * (Rcso/100)，Ilim = 100 *(2.55/Rcso)。

2) 開關(guān)電源(DC-DC)方案
這是一款能效最高的方案，結(jié)合采用多款DC-DC開關(guān)電源方案及NCV8664和NCV47700等器件。

圖4：基于開關(guān)電源的汽車系統(tǒng)娛樂系統(tǒng)電源方案
　　
其中，NCV8851是一款同步降壓控制器。兩路驅(qū)動輸出分別用來驅(qū)動上下管，可用于4 A以上的大電流應(yīng)用。它采用平均電流控制模式，可在整個輸入電壓及負(fù)載范圍內(nèi)得到更快的響應(yīng)及更高的輸出調(diào)整率。該器件的頻率從170kHz到500kHz可編程，輸入電壓范圍為4.5到40V，可由外部時鐘同步頻率，最高可達(dá)600kHz；在睡眠模式下，消耗電流小于1uA。NCV8851應(yīng)用靈活，易于實(shí)現(xiàn)EMI設(shè)計，設(shè)計簡單，動態(tài)響應(yīng)好，適合車載娛樂系統(tǒng)、功率放大器電源、剎車系統(tǒng)等。圖5是其應(yīng)用電路。

圖5：NCV8851應(yīng)用電路

NCP3122是一顆雙路輸出集成開關(guān)的非同步BUCK轉(zhuǎn)換器，每路輸出高達(dá)2A；頻率從200kHz到2MHz可調(diào)。該器件輸入電壓范圍4.5V到15V；內(nèi)部集成MOS，效率高；工作頻率可調(diào)。由于效率高、外圍器件少，可減少體積和成本，主要用在低壓的應(yīng)用，如后裝市場的車載娛樂系統(tǒng)。圖6是其應(yīng)用電路。

圖6：NCP3122應(yīng)用電路

NCV8901和8902系列是高頻的集成開關(guān)的非同步BUCK轉(zhuǎn)換器。NCV8901輸出電流為1.2A，NCV8902為2A。該器件工作頻率為2 MHz，輸入電壓范圍4.5 V 至36 V，可耐受40 V拋負(fù)載電壓(890x3x為45 V版本)，芯片工作結(jié)溫為-40℃至150℃。這些器件頻率高，體積小，輸出精度高，可在車身電子、車載娛樂系統(tǒng)等應(yīng)用中使用。應(yīng)用電路見圖7。

圖7：NCV8901和8902系列應(yīng)用電路。

3)基于支持一鍵啟動/停止的SEPIC方案的汽車信息娛樂系統(tǒng)電源方案
為了滿足即使電池電壓降低到4 V系統(tǒng)也可始終工作的要求，安森美半導(dǎo)體提供可選產(chǎn)品SEPIC控制器NCV8871和NCV3063，能夠用于為一鍵啟動/停止(Start/Stop)功能供電。

圖8：基于SEPIC的汽車系統(tǒng)娛樂系統(tǒng)電源方案
　　
NCV8871是一款峰值電流模式控制的升壓控制器。它可以用來實(shí)現(xiàn)多種拓?fù)?，如反激，SEPIC等。器件的參數(shù)可在出廠前編輯，輸入電壓范圍為3.6 V至45 V，芯片工作結(jié)溫為-40℃至150℃，使能與頻率同步功能管腳復(fù)用，峰值電流模式控制。由于應(yīng)用靈活、封裝簡單，可用于功放電源、背光電源、自動啟停系統(tǒng)等。圖9是其應(yīng)用電路。

圖9：NCV8871應(yīng)用電路

結(jié)論
　　安森美半導(dǎo)體致力于開發(fā)創(chuàng)新及高性能的技術(shù)和產(chǎn)品，不僅提供應(yīng)用于汽車信息娛樂系統(tǒng)的高能效電源方案，滿足高性能或低成本等不同需求，還提供針對汽車應(yīng)用的調(diào)諧器及音頻DSP產(chǎn)品，涵蓋信息娛樂系統(tǒng)的大多數(shù)應(yīng)用，幫助工程師簡化設(shè)計流程并縮短設(shè)計時間。

安森美半導(dǎo)體供稿