汽车集群电源设计的挑战

还记得仪表盘曾经很无聊吗？通常只有五个功能：速度表、转速表、里程表、燃油表和温度表。

图 1：在过去，仪表组要简单得多，所需功率也少得多。

花式模型以每小时英里数和每小时 公里数显示你的速度，所有的表盘都是机械的。唯一的图形是一个气泵，看起来像是从水体中伸出的钥匙。

图 2：旧仪表组的图形非常有限，包括这个从水体中出现的万能钥匙。

电动化、智能化、互联化正成为汽车发展新趋势，为提升燃油经济性的启停系统、为增加主动安全性的先进驾驶辅助系统(ADAS)、以及作为新一代智能交通基础的驾驶信息系统等多个电子系统越来越多地被汽车设计人员所采用，多系统的集成在提升汽车驾乘体验的同时，也为设计带来了挑战。汽车须提供更高能效和更低能耗，以配合汽车产业的发展并符合各种环境法规及安全标准。

在过去的几年里，仪表组开始变得越来越有趣。

图 3：如今，仪表盘是数字化的，需要更多功率。

如今，大多数集群都是数字化的，LCD 和 LED 用于背光（图 3）。事实上，如果你只有一个 3.5 英寸的显示器，这被认为是低端的。趋势正在向 7 英寸发展，而 12 英寸是那些能够负担得起高端车辆运输的标准。当然，我们可以通过操纵方向盘上的按钮轻松控制显示屏。我们可以直接从仪表板查看我们的汽车发生的一切，从我们正在听的歌曲（包括专辑封面）到车辆诊断，再到周围区域的 3-D 表示。

所有这些增强的功能都需要更多的处理能力。现在，低端和中端集群的无电池转换器的最佳选择在 15W 范围 (5V OUT x 3A)。具有大尺寸显示器的高端集群可以超过 25W。

除了输入电压和输出电流的基本规格之外，数据表中第二重要的数字可能是静态电流 (I Q )。实际上，使接下来的两个数字。关断静态电流是指稳压器 IC 通过启用或关断引脚完全禁用时。另一方面，待机静态电流发生在器件启用但没有负载时。

随着汽车电气化程度的提高，越来越多的电子设备连接到 12V 电池。其中一些电子设备永远不会完全禁用。想想你的钥匙扣。该信号的另一端是用于称为被动进入、被动启动 (PEPS) 的系统的电路。PEPS 系统必须始终处于“开启”状态，等待来自我们的密钥卡的信号。（否则，我们实际上可能必须使用钥匙链上的实际钥匙，而我们不希望这样。）无论如何，由于 PEPS 系统始终处于开启状态，它总是从电池中提取待机静态电流。

在集群中，几个电路始终处于开启状态，就像在 PEPS 系统中一样。示例包括实时时钟、CAN/LIN 收发器和微控制器。整个集群在待机状态下允许的总电流消耗的典型预算可能是 100µA，当处理器很容易占据一半时，这并不容易实现。

有不同的方法可以解决最小化集群中电源静态电流的挑战。由于直到最近才出现很多低静态电流开关稳压器，因此最常见的方法是使用与开关并联的低静态电流 LDO。切换器将被禁用，LDO 可用于唤醒下游电路，同时从电池消耗更少的电流。

现在有像 LM43603-Q1 这样具有 27µA 待机静态电流的器件，我们可以完全取消 LDO。这转化为显着的 BOM 成本节约。请记住，对于同步器件，这是 27µA——非同步器件数据表将只为我们提供 IC 的待机静态电流，不包括二极管。在高温下，通过二极管的电流泄漏可能高达 1mA，让我们的预算大打折扣。

在我们需要消除所有可能的微安电流以满足额外激进的静态电流预算的情况下，新的 LM53603-Q1 更适合。我们可能会查看数据表并看到 23µA，并认为差别不大。但 LM53603-Q1 具有固定的输出电压，因此不需要反馈电阻。通过反馈电阻器的电流泄漏很容易为我们的系统增加 3-5µA。

在消除系统中隐藏的静态电流源的同时，这些同步设备还达到了上述 15W 集群电源的最佳点。如果我们是喜欢使用较少外部组件处理的出色性能的工程师，请查看下面采用 LM53603-Q1 和 LM43603-Q1 的 2 层参考设计之一（图 4）。

图 4：PMP10735 是适用于具有 CISPR 25 5 类合规性 TI 设计的汽车仪表板的宽输入电压、3A 降压 2 层参考设计。