汽車集群電源設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

還記得儀表盤曾經(jīng)很無聊嗎？通常只有五個(gè)功能：速度表、轉(zhuǎn)速表、里程表、燃油表和溫度表。

圖 1：在過去，儀表組要簡單得多，所需功率也少得多。

花式模型以每小時(shí)英里數(shù)和每小時(shí) 公里數(shù)顯示你的速度，所有的表盤都是機(jī)械的。唯一的圖形是一個(gè)氣泵，看起來像是從水體中伸出的鑰匙。

圖 2：舊儀表組的圖形非常有限，包括這個(gè)從水體中出現(xiàn)的萬能鑰匙。

電動(dòng)化、智能化、互聯(lián)化正成為汽車發(fā)展新趨勢，為提升燃油經(jīng)濟(jì)性的啟停系統(tǒng)、為增加主動(dòng)安全性的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、以及作為新一代智能交通基礎(chǔ)的駕駛信息系統(tǒng)等多個(gè)電子系統(tǒng)越來越多地被汽車設(shè)計(jì)人員所采用，多系統(tǒng)的集成在提升汽車駕乘體驗(yàn)的同時(shí)，也為設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)。汽車須提供更高能效和更低能耗，以配合汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并符合各種環(huán)境法規(guī)及安全標(biāo)準(zhǔn)。

在過去的幾年里，儀表組開始變得越來越有趣。

圖 3：如今，儀表盤是數(shù)字化的，需要更多功率。

如今，大多數(shù)集群都是數(shù)字化的，LCD 和 LED 用于背光（圖 3）。事實(shí)上，如果你只有一個(gè) 3.5 英寸的顯示器，這被認(rèn)為是低端的。趨勢正在向 7 英寸發(fā)展，而 12 英寸是那些能夠負(fù)擔(dān)得起高端車輛運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，我們可以通過操縱方向盤上的按鈕輕松控制顯示屏。我們可以直接從儀表板查看我們的汽車發(fā)生的一切，從我們正在聽的歌曲（包括專輯封面）到車輛診斷，再到周圍區(qū)域的 3-D 表示。

所有這些增強(qiáng)的功能都需要更多的處理能力?，F(xiàn)在，低端和中端集群的無電池轉(zhuǎn)換器的最佳選擇在 15W 范圍 (5V OUT x 3A)。具有大尺寸顯示器的高端集群可以超過 25W。

除了輸入電壓和輸出電流的基本規(guī)格之外，數(shù)據(jù)表中第二重要的數(shù)字可能是靜態(tài)電流 (I Q )。實(shí)際上，使接下來的兩個(gè)數(shù)字。關(guān)斷靜態(tài)電流是指穩(wěn)壓器 IC 通過啟用或關(guān)斷引腳完全禁用時(shí)。另一方面，待機(jī)靜態(tài)電流發(fā)生在器件啟用但沒有負(fù)載時(shí)。

隨著汽車電氣化程度的提高，越來越多的電子設(shè)備連接到 12V 電池。其中一些電子設(shè)備永遠(yuǎn)不會(huì)完全禁用。想想你的鑰匙扣。該信號的另一端是用于稱為被動(dòng)進(jìn)入、被動(dòng)啟動(dòng) (PEPS) 的系統(tǒng)的電路。PEPS 系統(tǒng)必須始終處于“開啟”狀態(tài)，等待來自我們的密鑰卡的信號。（否則，我們實(shí)際上可能必須使用鑰匙鏈上的實(shí)際鑰匙，而我們不希望這樣。）無論如何，由于 PEPS 系統(tǒng)始終處于開啟狀態(tài)，它總是從電池中提取待機(jī)靜態(tài)電流。

在集群中，幾個(gè)電路始終處于開啟狀態(tài)，就像在 PEPS 系統(tǒng)中一樣。示例包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘、CAN/LIN 收發(fā)器和微控制器。整個(gè)集群在待機(jī)狀態(tài)下允許的總電流消耗的典型預(yù)算可能是 100μA，當(dāng)處理器很容易占據(jù)一半時(shí)，這并不容易實(shí)現(xiàn)。

有不同的方法可以解決最小化集群中電源靜態(tài)電流的挑戰(zhàn)。由于直到最近才出現(xiàn)很多低靜態(tài)電流開關(guān)穩(wěn)壓器，因此最常見的方法是使用與開關(guān)并聯(lián)的低靜態(tài)電流 LDO。切換器將被禁用，LDO 可用于喚醒下游電路，同時(shí)從電池消耗更少的電流。

現(xiàn)在有像 LM43603-Q1 這樣具有 27μA 待機(jī)靜態(tài)電流的器件，我們可以完全取消 LDO。這轉(zhuǎn)化為顯著的 BOM 成本節(jié)約。請記住，對于同步器件，這是 27μA——非同步器件數(shù)據(jù)表將只為我們提供 IC 的待機(jī)靜態(tài)電流，不包括二極管。在高溫下，通過二極管的電流泄漏可能高達(dá) 1mA，讓我們的預(yù)算大打折扣。

在我們需要消除所有可能的微安電流以滿足額外激進(jìn)的靜態(tài)電流預(yù)算的情況下，新的 LM53603-Q1 更適合。我們可能會(huì)查看數(shù)據(jù)表并看到 23μA，并認(rèn)為差別不大。但 LM53603-Q1 具有固定的輸出電壓，因此不需要反饋電阻。通過反饋電阻器的電流泄漏很容易為我們的系統(tǒng)增加 3-5μA。

在消除系統(tǒng)中隱藏的靜態(tài)電流源的同時(shí)，這些同步設(shè)備還達(dá)到了上述 15W 集群電源的最佳點(diǎn)。如果我們是喜歡使用較少外部組件處理的出色性能的工程師，請查看下面采用 LM53603-Q1 和 LM43603-Q1 的 2 層參考設(shè)計(jì)之一（圖 4）。

圖 4：PMP10735 是適用于具有 CISPR 25 5 類合規(guī)性 TI 設(shè)計(jì)的汽車儀表板的寬輸入電壓、3A 降壓 2 層參考設(shè)計(jì)。