平衡高壓汽車電源應(yīng)用的功率需求

當(dāng)今車輛中類似智能手機(jī)的體驗(yàn)是以計(jì)算能力的價(jià)格為代價(jià)的。從始終在線的數(shù)字儀表板到信息娛樂集線器和融合電子控制單元 （ECU），這些應(yīng)用依賴于復(fù)雜的算法和計(jì)算，這些算法和計(jì)算需要處理器提供高水平的計(jì)算能力。在最近的過去，典型的汽車片上系統(tǒng)（SoC）消耗20W的功率?，F(xiàn)在，您需要準(zhǔn)備好支持來自多個(gè)芯片的數(shù)百瓦功率。這意味著管理其電源需要微妙的平衡，以滿足低功耗、高效率和電磁干擾 （EMI） 抑制等需求。

這里有兩個(gè)關(guān)鍵考慮因素：

您需要能夠驅(qū)動(dòng)更高功率的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 （MOSFET），這些晶體管在數(shù)字 IC 內(nèi)部提供電源開關(guān)，為這些應(yīng)用提供計(jì)算能力

您還必須管理功耗、效率、EMI 和解決方案尺寸等參數(shù)，以產(chǎn)生所需的性能

汽車電源管理IC（PMIC）需要增強(qiáng)柵極驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)和卓越的瞬態(tài)性能，以優(yōu)化SoC的性能。對(duì)于降壓控制器，這就需要強(qiáng)大的柵極驅(qū)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)高功率MOSFET柵極的輸入。對(duì)于功率組件來說，高效率也很重要。實(shí)現(xiàn)此目的的一種方法是選擇具有低靜態(tài)電流的電源組件，因?yàn)閷⑹冀K接通的器件的待機(jī)電流保持在最低水平可以降低整體功耗。良好的熱性能、最小的功率損耗和更低的工作溫度是評(píng)估這些高壓應(yīng)用的器件時(shí)要考慮的其他特性。

考慮到車輛惡劣的電氣環(huán)境，EMI緩解始終很重要。汽車原始設(shè)備制造商有責(zé)任確保其車輛中的電子子系統(tǒng)不會(huì)發(fā)出過多的EMI，并且這些系統(tǒng)不會(huì)受到其他子系統(tǒng)噪聲的過度影響。有多種技術(shù)可以解決EMI問題，但許多技術(shù)確實(shí)需要權(quán)衡取舍。例如，使用電容更大的元件可以抑制負(fù)載瞬變的電壓紋波;然而，具有更大電容的汽車級(jí)元件價(jià)格昂貴。另一種策略是使用金屬外殼保護(hù)子系統(tǒng)免受輻射，但這種方法增加了設(shè)計(jì)的成本和重量。

通常，用于高壓汽車應(yīng)用的PMIC連接到車輛的鉛酸電池上。該電池的工作電壓范圍為9V至16V，但具有瞬態(tài)條件，可能導(dǎo)致其低至4V和高達(dá)40V。因此，PMIC應(yīng)該能夠在車輛的整個(gè)生命周期內(nèi)處理高輸入電壓以及拋負(fù)載事件。轉(zhuǎn)換器非常適合需要小于 6A 至 8A 電流的電源，而控制器則適用于 10A 或更高的應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兙哂型獠?FET。外部 FET 的 R 要低得多DS（ON）與集成FETS的轉(zhuǎn)換器相比，效率更高，散熱更好。

如今的轉(zhuǎn)換器受到封裝內(nèi)部成本、效率和散熱的限制。通常，控制器具有更大的解決方案尺寸，外部FET也使解決EMI更具挑戰(zhàn)性。Maxim最近擴(kuò)展了其汽車PMIC產(chǎn)品組合，推出了新型高壓降壓轉(zhuǎn)換器和高壓多相控制器，克服了本文討論的關(guān)鍵電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。降壓轉(zhuǎn)換器可以在具有更簡(jiǎn)單、功能較弱的處理器的應(yīng)用中管理直流電源，而降壓控制器則非常適合具有更強(qiáng)大處理器的應(yīng)用。新白皮書《應(yīng)對(duì)高壓汽車電源應(yīng)用的挑戰(zhàn)》討論了MAX20004/6/8同步降壓轉(zhuǎn)換器、MAX20034雙路同步降壓控制器和MAX20098同步降壓控制器如何應(yīng)對(duì)高壓汽車應(yīng)用的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

審核編輯：郭婷