設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)提供這些信息。集群顯示器正在從傳統(tǒng)的基于機(jī)械的解決方案轉(zhuǎn)向基于 LCD 的設(shè)計(jì)，為駕駛員提供了更多選擇來定制它并個(gè)性化駕駛體驗(yàn)。

這種趨勢(shì)給設(shè)計(jì)工程師帶來了一些挑戰(zhàn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是機(jī)電的，不會(huì)顯示出來自 EMC 等問題的明顯干擾，但 LCD 顯示器上的這個(gè)問題可以看作是可見的波紋（斷續(xù)線），這會(huì)分散駕駛員的注意力。實(shí)際上，可以比 LCD 顯示器更好地屏蔽電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)和熱啟動(dòng)條件下工作。在汽車運(yùn)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(huì)增長(zhǎng)以支持顯示器，因?yàn)樗菃卧w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(xiàng)目。因此，集群 PCB 通常設(shè)計(jì)為兩層以保持低成本。兩層設(shè)計(jì)更容易受到噪聲的影響，因?yàn)橹挥袔讓鱼~層可以最大限度地減少通過電源層的噪聲。這對(duì)必須設(shè)計(jì)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(jì)。

TI Designs 參考設(shè)計(jì)，即用于汽車集群?jiǎn)卧獏⒖荚O(shè)計(jì)的 CISPR 25 5 類額定 14W 多輸出電源參考設(shè)計(jì)，可以幫助克服這些問題或指導(dǎo)工程師采用最佳實(shí)踐（圖 1）。該參考設(shè)計(jì)是針對(duì)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(gè)級(jí)聯(lián)的降壓穩(wěn)壓器。第一級(jí)降壓使用 LM26003 在 2A 輸出時(shí)產(chǎn)生 5V。第二級(jí)使用 LM26420 產(chǎn)生兩個(gè) 1.5A 時(shí) 2.8V 和 2A 時(shí) 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(jí)汽車標(biāo)準(zhǔn)。

該參考設(shè)計(jì)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(dòng)和熱啟動(dòng)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(jì)有一個(gè)額外的輸入濾波器級(jí)，以提高傳導(dǎo) EMC 性能并最大限度地減少對(duì)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(cè)試，其傳導(dǎo)發(fā)射符合 CISPR 25 5 類要求。請(qǐng)參見圖 2。

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

通過這樣的設(shè)計(jì)，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?yàn)橛糜谏岬?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(jì)是針對(duì)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(gè)級(jí)聯(lián)的降壓穩(wěn)壓器：第一級(jí)降壓使用 LM26003 產(chǎn)生 5V、2A 輸出，第二級(jí)使用 LM26420 產(chǎn)生 2.8V、1.5A 和 1.8V、2A 兩個(gè)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(jí)版本，符合 AEC-Q100 1 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。該設(shè)計(jì)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(jì)對(duì) PCB 布局進(jìn)行了優(yōu)化，并增加了一個(gè)輸入濾波器級(jí)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(jì)

· 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(cè)試，包括設(shè)計(jì)文件和測(cè)試報(bào)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(dòng)兩個(gè) 2-A 負(fù)載，使用最先進(jìn)的 BICMOS 技術(shù)可實(shí)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(shí)間，從而在整個(gè) 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(shí)現(xiàn)。包括外部關(guān)斷，具有超低待機(jī)電流。LM26420 利用電流模式控制和內(nèi)部補(bǔ)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(jī)模式的應(yīng)用的高效率要求而設(shè)計(jì)。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(jī)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(qiáng)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(gè)電阻在 150 kHz 至 500 kHz 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，并可與外部時(shí)鐘同步。

其他特性包括電源良好、可調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)、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。