【短視頻】MPS 電源小課堂第三季第十六話：汽車電子中，“識(shí)破”開關(guān)頻率的凡爾賽文學(xué) - (下）

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上期回顧：汽車電子中，“識(shí)破”開關(guān)頻率的凡爾賽文學(xué) (上)

本期內(nèi)容

上一期小課堂中，我們分析了不同的開關(guān)頻率：FS1（2MHz），F(xiàn)S2（100kHz），F(xiàn)S3（500kHz），它們所關(guān)聯(lián)的電氣特性和芯片設(shè)定頻率的注意點(diǎn) （點(diǎn)擊直達(dá)上一期小課堂）。

除此之外，我們還留了一個(gè)關(guān)于開關(guān)頻率選擇的“伏筆”，也就是為什么在汽車電子的設(shè)計(jì)中，為什么我們是從300kHz以下，300kHz-530kHz，或是1.8MHz以上這三個(gè)頻率中挑選出的FS1，F(xiàn)S2和FS3。

本期小課堂，我們來到了第三季電源小課堂的最后一課，將結(jié)合具體的車載應(yīng)用，來幫忙大家“識(shí)破”FS1，F(xiàn)S2和FS3的“凡言凡語(yǔ)”。

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說到車載應(yīng)用中的DCDC，讓大家提及最多的，想必也是困惑大家最多的EMI問題。對(duì)于EMI而言，開關(guān)頻率的選擇也顯得尤為重要，因此上一期中的“伏筆”就在此刻得以揭曉，如下是一張CISPR25 Class 3 CE的限值標(biāo)準(zhǔn)圖，從中可以發(fā)現(xiàn)限值線是分段斷續(xù)的，我們選擇的FS1，F(xiàn)S2，F(xiàn)S3就落在這三個(gè)斷續(xù)區(qū)域內(nèi)。

那清晰了三個(gè)頻率的由來，接下來就是在不同的應(yīng)用中，對(duì)三個(gè)頻率做出正確的評(píng)價(jià)，選對(duì)所需要的開關(guān)頻率。這一期將舉三個(gè)應(yīng)用實(shí)例來進(jìn)行分析，分別是車載傳感器，車載移動(dòng)設(shè)備充電，和自動(dòng)駕駛控制器。

1. 車載傳感器：攝像頭

相關(guān)要點(diǎn)：外圍器件尺寸

這類產(chǎn)品一直以來都是追求小型化的設(shè)計(jì)，必然需要更小的電感電容等外圍器件，對(duì)于開關(guān)電源來說，要做的就是把開關(guān)頻率推向高頻，從而降低外圍器件尺寸。FS1（2MHz）在這里可以發(fā)揮其長(zhǎng)處，同時(shí)也不用擔(dān)心2MHz會(huì)引起嚴(yán)重的發(fā)熱和EMI問題，因?yàn)閿z像頭的功耗不大，對(duì)于12V 輸入來說，電流一般只有100-200mA，所以對(duì)于DCDC而言，其導(dǎo)通損耗較小。所以，即使抬高開關(guān)頻率增加的開關(guān)損耗也不會(huì)使得電源整體產(chǎn)生較高的溫升，同時(shí)，攝像頭模組整體的功耗不大，而且電源一般也是集成度很高的PMIC方案，優(yōu)化了高頻d_i/d_t環(huán)路，EMI性能相對(duì)來說更加友好些。

選用FS1（2MHz）在保證了小體積的同時(shí)，又有著不錯(cuò)的效率和良好的EMI表現(xiàn)！

2. 車載移動(dòng)充電設(shè)備：車載USB充電

相關(guān)要點(diǎn)：開關(guān)損耗&芯片溫升

這類產(chǎn)品從原先的單口Type-A更新迭代到雙口Type-A，再到后來的雙口Type-C，以及目前的Type-C PD。其同樣對(duì)于PCB板有著一定的尺寸要求，雖不像攝像頭模組那般，但通常產(chǎn)品控制在50mm*50mm左右。

如果說PCB板的大小也局限了布局和器件尺寸，那我們直接選擇FS1（2MHz）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化就好了？以雙口Type-C為例，每個(gè)充電口可達(dá)到5V@3A，即總功率達(dá)到了30W，即便考慮94%的效率，也有2W左右的熱量存在于PCB板上，并且車載環(huán)境試驗(yàn)通常要考慮在85℃情況下穩(wěn)定運(yùn)行。

可見，F(xiàn)S1不是最優(yōu)解。

因此，綜合考慮功耗和尺寸這兩者因素，FS3（500kHz）左右才是最合適的開關(guān)頻率選項(xiàng)。

3. 自動(dòng)駕駛控制器：360環(huán)視ECU（Electronic Control Unit）

相關(guān)要點(diǎn)：芯片最小導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)間限制

此類應(yīng)用，板面積相對(duì)來說沒那么緊張，相比于攝像頭模組和USB充電，具備相對(duì)充足的PCB Layout面積和散熱空間，因此對(duì)于開關(guān)頻率的選擇沒有那么苛刻。但攻城獅朋友們?cè)谠O(shè)計(jì)中，還是需要將芯片本身的導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)間限制考慮在內(nèi)。

比如在商用車中，其電池系統(tǒng)是24V，最高穩(wěn)態(tài)值會(huì)達(dá)到32V，然后360環(huán)視系統(tǒng)中一般都需要3.3V的供電，那么這時(shí)壓差很大，如果頻率選擇FS1（2MHz），通過計(jì)算可以得出

再根據(jù)芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)查詢到Minimum On Time如下所示，即觸發(fā)到了Min. On Time。所以需要選擇更低的頻率來避開觸發(fā)Min. On Time。

另外，環(huán)視系統(tǒng)中有時(shí)會(huì)提供一路8V的電源軌，作為攝像頭模組的輸入電。假設(shè)工況是乘用車12V電池系統(tǒng)，往往也需要考慮輸入電壓工作范圍在9V-16V，也就是說有9V轉(zhuǎn)8V的工況，同樣假設(shè)選取FS1（2MHz），計(jì)算可得

同樣根據(jù)規(guī)格書所提供的Minimum Off time可見，最大會(huì)到70ns，所以也會(huì)觸發(fā)到Min. Off Time。

因此，針對(duì)上述兩種情況，為了保證芯片穩(wěn)定的工作在某個(gè)開關(guān)頻率下，就要結(jié)合具體的輸入輸出電壓條件，選擇最佳的開關(guān)頻率。

現(xiàn)在，針對(duì)汽車電子產(chǎn)品，大家可以識(shí)別出不同開關(guān)頻率的凡爾賽語(yǔ)錄了吧。不同開關(guān)頻率都各有特色，并不是一成不變的只選擇其中一種，還是要結(jié)合實(shí)際的產(chǎn)品應(yīng)用來得出最合適的開關(guān)頻率，讓開關(guān)電源的性能更加穩(wěn)定，更加卓越！

最后，感謝大家一直以來對(duì)MPS電源小課堂內(nèi)容的認(rèn)可和喜愛。MPS將致力于呈現(xiàn)更有價(jià)值的內(nèi)容，敬請(qǐng)期待第四季！

END

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