電源管理在SDV中的作用

芝能智芯出品

智能汽車已從傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動向軟件控制轉(zhuǎn)變，催生了“軟件定義車輛（Software-Defined Vehicle, SDV）”這一新概念。

軟件不僅控制車輛的運(yùn)行功能，還管理車輛的核心架構(gòu)。這一變革的背后，電源管理技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用，我們將介紹電源管理如何支持和實(shí)現(xiàn)軟件定義車輛架構(gòu)。

軟件定義車輛是指通過軟件來定義和控制車輛功能的車輛架構(gòu)。在傳統(tǒng)車輛中，功能是與電子控制單元（ECU）直接綁定的，形成靜態(tài)架構(gòu)。每一個(gè)新功能或改進(jìn)都需要獨(dú)立的硬件支持，導(dǎo)致車輛系統(tǒng)的復(fù)雜性指數(shù)級增加。

SDV采用了一種靈活的架構(gòu)，使功能可以在整個(gè)車輛中動態(tài)分布，利用中央計(jì)算和區(qū)域控制來實(shí)現(xiàn)功能的集成和隔離。這種架構(gòu)不僅簡化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和集成，還提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性。

Part 1

電源管理在SDV中的作用

●中央計(jì)算單元

中央計(jì)算單元是SDV的核心，它負(fù)責(zé)處理大量數(shù)據(jù)并控制車輛的主要功能。中央計(jì)算單元需要高功率和高效率的電源管理解決方案，以確保其穩(wěn)定運(yùn)行。

例如，NXP的S32G2/3平臺使用VR5510 PMIC，該P(yáng)MIC支持高達(dá)60V的輸入電壓，并具備多個(gè)低壓降（LDO）穩(wěn)壓器和開關(guān)模式電源（BUCK）轉(zhuǎn)換器，能夠提供高達(dá)3.6A的峰值電流。這種配置能夠滿足中央計(jì)算單元在不同工作模式下的功率需求，同時(shí)保證系統(tǒng)的高效能和穩(wěn)定性。

●區(qū)域控制單元

區(qū)域控制單元（Zonal Controller）位于中央計(jì)算單元與終端節(jié)點(diǎn)之間，起到橋梁作用。它們通過以太網(wǎng)、CAN和LIN等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接中央計(jì)算單元和各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)。這些控制單元的電源需求適中，需要能夠在各種電源模式下高效管理功率。

NXP的S32K3平臺擴(kuò)展了S32家族的應(yīng)用范圍，通過FS26 PMIC提供高效、安全的電源管理解決方案，支持高達(dá)95%的直流-直流（DC-DC）轉(zhuǎn)換效率。

●終端節(jié)點(diǎn)

終端節(jié)點(diǎn)包括傳感器、執(zhí)行器、信息娛樂系統(tǒng)（IVI）、高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等，它們需要在車輛的不同部位執(zhí)行各種功能。

這些節(jié)點(diǎn)通常要求較低的功率消耗和多樣化的電壓輸入，以適應(yīng)不同的功能需求。例如，NXP的FS04和PF53 PMIC可以提供從0.5V到1.2V的可調(diào)輸出電壓，支持各種外圍設(shè)備的供電。

Part 2

電源管理的創(chuàng)新趨勢

隨著SDV架構(gòu)的發(fā)展，電源管理技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，以滿足日益增長的計(jì)算需求和復(fù)雜的電源管理要求。主要的趨勢包括：

●模塊化與可擴(kuò)展架構(gòu)：通過可組合的電源管理單元（PMU），實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)的功率優(yōu)化配置 。

●高效的熱管理：采用新型材料和設(shè)計(jì)，提升功率密度和散熱性能，以適應(yīng)更高的環(huán)境溫度 。

●智能監(jiān)控與自診斷：通過差分感應(yīng)和智能監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自我診斷和老化校準(zhǔn)，提升系統(tǒng)可靠性 。

電源管理技術(shù)在SDV架構(gòu)中的作用至關(guān)重要，它不僅提供必要的電力支持，還為車輛功能的智能化和自動化奠定了基礎(chǔ)。未來，隨著電源管理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，軟件定義車輛將變得更加智能、安全和高效，為駕駛體驗(yàn)帶來全新的變革。

●核心控制系統(tǒng)電源系統(tǒng)

系統(tǒng)電源解決方案支持軟件定義車輛，通過S32G定制PMIC系統(tǒng)解決方案，為硬件和軟件優(yōu)化提供了共同開發(fā)的擴(kuò)展性和模塊化設(shè)計(jì)，包括電源和安全（ASIL D）。

該方案優(yōu)化了S32G的電源、安全、功能和接口，并通過共同設(shè)計(jì)的ASIL D安全S32G系統(tǒng)，提供了安全通信和接口、實(shí)時(shí)系統(tǒng)監(jiān)控和完全驗(yàn)證的系統(tǒng)解決方案，從而顯著降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。由NXP開發(fā)、測試和支持的PMIC安全概念和驅(qū)動程序貫穿整個(gè)項(xiàng)目生命周期。

此外，該方案還優(yōu)化了互操作性和電源效率，在待機(jī)模式下電流僅為35uA，減少電池耗電，且在高電流下延長效率，保證可靠的電源模式轉(zhuǎn)換和多種電源模式，專為S32G設(shè)計(jì)的待機(jī)方案，輔以專用接口和優(yōu)化的軟件控制。

●區(qū)域控制器的電源

S32K3擴(kuò)展了S32 CoreRide平臺，提供了一種安全、高效和粘性的解決方案，具有優(yōu)化的電源和排序、高效的DC/DC轉(zhuǎn)換（高達(dá)95% Vpre）、低功耗模式（25uA），并通過PFM模式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗節(jié)能。

它配備了生產(chǎn)就緒的軟件驅(qū)動、參考示意圖和布局，能夠快速原型制作，且隨時(shí)可用。該解決方案基于ASIL B/D骨干概念，提供高可用性和安全性，包括靜默故障系統(tǒng)解決方案和故障恢復(fù)策略，簡化了安全評估。

FS26是第三代FSBC汽車系統(tǒng)電源，廣泛應(yīng)用于EV和VEA應(yīng)用中，并與S32K3等多個(gè)MCU平臺集成，支持?jǐn)U展的電動汽車任務(wù)配置文件。具備高效的電源管理解決方案和豐富的安全特性，適用于ASIL B和ASIL D的安全SBC，提供低功耗模式、精確的電壓參考和多種監(jiān)控和恢復(fù)機(jī)制。

●終端節(jié)點(diǎn)

FS23是針對終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電源解決方案，特別適用于S32K1xx系列和S32K31x系列微控制器。它集成了Vcore、HVLDO2、CAN FD、傳感器供電和HVLDO1等功能，適用于諸如LED、車門開關(guān)、電池和溫度傳感器等汽車應(yīng)用。

●FS23的主要優(yōu)勢包括：

◎安全性：通過設(shè)計(jì)和產(chǎn)品行為實(shí)現(xiàn)功能安全，具備高級監(jiān)控集成。

◎高效性：支持低功耗模式策略，靜態(tài)電流低至20uA，可配置的電壓和電源排序。

◎集成性：與S32K家族兼容，提供多功能I/O、CAN和LIN接口，以及供電管理。

FS23還具備較低的濾波電容需求，節(jié)省BOM成本，并集成了各種必要的安全特性和監(jiān)控功能，適合廣泛的汽車應(yīng)用場景。

小結(jié)

通過采用先進(jìn)的電源管理解決方案，SDV能夠?qū)崿F(xiàn)更高的系統(tǒng)集成度、更靈活的功能配置以及更可靠的操作，為汽車產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

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