你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

實現(xiàn)更安全更舒適的體驗,車載電源管理產(chǎn)品如何提供助力?

發(fā)布時間:2023-09-28 來源:Mouser 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】對于消費者來說,汽車無疑是相當(dāng)“大”的一個消費品,因此在購買之前需要仔細(xì)權(quán)衡各種因素。而在諸多因素中,除了動力、外形等這些硬指標(biāo),如今安全與舒適性在人們購買決策時的權(quán)重也越來越高。


這是因為今天的汽車已經(jīng)不再是一個簡單的運載工具,而是演變成人們?nèi)粘I钪芯蛹液娃k公之外的“第三空間”,因此大家對于車輪上、座艙中的這段時間如何度過,也會有更多的期許。而為了滿足消費者無止境的需求,開發(fā)者們也在不斷推出新型的車載產(chǎn)品,以提供不一樣的用戶體驗。比如下面這些新概念的產(chǎn)品和應(yīng)用:


ADAS和自動駕駛


讓汽車安全地自主駕駛,將人類從枯燥、累人的駕駛操作中徹底解放出來,可以說是人們對于汽車進(jìn)化的“終極想象”。不論是今天的ADAS還是明天真正的自動駕駛,都是一種兼具安全性和舒適性的新功能。


車載LED照明


車外照明(也就是車燈)能夠增強(qiáng)駕駛員的視覺能力,也是一種車與車之間通用的溝通“語言”,在安全性上的重要性不言而喻;而車內(nèi)照明則有利于營造一種舒適的駕乘氛圍,為用戶提供更舒適的體驗。不論是車外還是車內(nèi)照明,從傳統(tǒng)光源向LED遷移已經(jīng)是大勢所趨,由此帶來的車載照明產(chǎn)品在使用壽命、可靠性和靈活性上的提升,已經(jīng)得到了市場的驗證。


智能座艙


這其中涵蓋多種組件,比如中控、電子儀表盤、車機(jī),以及比較新潮的HUD、手勢/語音識別、疲勞駕駛檢測等功能。不過它們設(shè)計的一個核心要義都是要成為一個高效和安全的人機(jī)交互界面(HMI),確保駕駛員能夠快捷、直觀、準(zhǔn)確地獲得信息,并做出及時、正確的決策。這自然也是提升駕駛安全和舒適性的關(guān)鍵一環(huán)。


類似的車載產(chǎn)品和方案還有很多,市場上也在不斷涌現(xiàn)讓人眼前一亮的新物種。不過所有這些產(chǎn)品和方案都有一個共同的特點——它們都是日益智能化的汽車電子產(chǎn)品。這也代表著一個大趨勢:汽車的電子化程度在不斷提升。據(jù)德勤(Deloitte)的研究報告,到2030年電子產(chǎn)品將占到整車成本的45%。


汽車電源管理設(shè)計的挑戰(zhàn)


車載電子系統(tǒng)的增加,也意味著整車中的用電負(fù)載數(shù)量大幅增加,這樣的壓力會直接轉(zhuǎn)嫁到汽車電源管理器件身上。


汽車電源管理器件的任務(wù),就是將來自車載電池的電能通過多級的轉(zhuǎn)換,最終輸出給不同的汽車電子負(fù)載,其能否穩(wěn)定可靠地工作,關(guān)系到各個車載電子部件的狀態(tài),可謂是“責(zé)任重大”。


1693383621987158.png

圖1:汽車電源管理系統(tǒng)簡圖

(圖源:ROHM Semiconductor)


而且值得注意的是,汽車電源管理器件想要滿足系統(tǒng)設(shè)計要求,并非簡單的完成電能轉(zhuǎn)換即可,而是要根據(jù)汽車應(yīng)用環(huán)境的特殊要求進(jìn)行專門的優(yōu)化。這些需要特殊考量的設(shè)計要求包括:


01 轉(zhuǎn)換效率


這是電源管理設(shè)計中非常關(guān)鍵的一個指標(biāo),在整車用電負(fù)載數(shù)量和總能耗不斷攀升的背景下,在每一個電源轉(zhuǎn)換節(jié)點上對效率錙銖必較,都非常有意義。這就需要汽車電源管理器件在提升電源轉(zhuǎn)換效率、降低靜態(tài)電流等方面持續(xù)優(yōu)化,不斷精進(jìn)。


02 可靠性


汽車工作環(huán)境復(fù)雜,但是對于可靠性的要求卻更高。電源管理器件是否能夠在電壓波動或者受到瞬態(tài)大能量沖擊時,仍然能夠保持一致、穩(wěn)定的運行,顯得尤為關(guān)鍵。因此,更可靠的過壓、過流、過溫等電路保護(hù)功能,往往會被集成到汽車電源管理器件中。


03 熱管理


過高的溫度會影響元器件的可靠性和壽命,而電源管理器件自身的發(fā)熱以及汽車狹小而惡劣的應(yīng)用環(huán)境,也會加劇這一挑戰(zhàn)。提升電源管理的效率、采用利于散熱的封裝、優(yōu)化PCB設(shè)計等舉措,都有利于應(yīng)對熱管理的挑戰(zhàn),進(jìn)而避免在設(shè)計中使用笨重、昂貴的散熱器。


04 電磁兼容


EMI電磁干擾是汽車電子產(chǎn)品設(shè)計所面對的一個主要問題,它會干擾電子設(shè)備的運行,對車輛和駕乘人員的安全帶來危險。具體到電源管理上,常用的DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器本身就是一個噪聲源,而且穩(wěn)壓器數(shù)量的增加、開關(guān)頻率的提升,以及設(shè)計小型化的要求,都會增加電磁兼容(EMC)設(shè)計的難度。為此,汽車電源管理器件需要采用一些特殊技術(shù),來確保最終的系統(tǒng)設(shè)計符合CISPR 25 Class 5等EMC規(guī)范要求。


05 小型化


面對汽車上有限的空間,電源器件的小型化也是一個關(guān)鍵特性,采用更小的封裝以減少占板面積,或者是在單芯片上集成更多的功能以簡化系統(tǒng)BOM,都是行之有效的舉措。電源管理系統(tǒng)的簡化,也可以為其他組件提供更大的空間,為整車的電子系統(tǒng)設(shè)計帶來更大的靈活性。


06 成本效益


雖然不像消費電子領(lǐng)域那么“卷”,不過成本仍然是汽車產(chǎn)品設(shè)計時的一個關(guān)鍵要素。而且這種成本優(yōu)化的考量是綜合的,除了電源管理器件本身的成本,是否有利于簡化系統(tǒng)設(shè)計、縮短開發(fā)周期,或者便于在不同市場中的擴(kuò)展,都會影響最終的成本效益,這也是電源管理器件可以為用戶提供的價值所在。


總之,用于汽車安全和舒適性設(shè)計的電源管理器件,與通用型的產(chǎn)品相比會有更多的約束條件。當(dāng)然,這也設(shè)置了一道無形的競爭壁壘,想要進(jìn)入這個領(lǐng)域的廠商必須拿出一些硬實力、真功夫。


在汽車電源管理領(lǐng)域,ROHM Semiconductor(以下簡稱ROHM)就是這樣一家實力出眾、功夫了得的廠商。他們提供的產(chǎn)品不僅全,覆蓋DC-DC轉(zhuǎn)換器、LDO線性穩(wěn)壓器、LED驅(qū)動器、PMIC、電池管理IC等各個細(xì)分品類,而且每一顆電源管理IC都是圍繞著車載應(yīng)用的要求而精心優(yōu)化和打造的,可以很好地支撐開發(fā)者在安全和舒適領(lǐng)域各種各樣的設(shè)計創(chuàng)想。


高效且高速的車載DC-DC轉(zhuǎn)換器


在汽車電源管理領(lǐng)域,車載DC-DC轉(zhuǎn)換器(開關(guān)穩(wěn)壓器)憑借效率高、電壓轉(zhuǎn)換靈活(可支持降壓、升壓和升降壓)、適用功率范圍廣等特點,應(yīng)用非常廣泛。不過,DC-DC轉(zhuǎn)換器在開關(guān)動作中會產(chǎn)生較多噪聲,且汽車電池或發(fā)電機(jī)輸出電壓波動較大,這都會對車載DC-DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計和應(yīng)用提出不小的挑戰(zhàn)。


ROHM推出的BD9P系列初級DC-DC轉(zhuǎn)換器就能夠輕松化解這些挑戰(zhàn)。其采用ROHM特有的Nano Pulse Control?技術(shù),以及新型的控制技術(shù),在實現(xiàn)高速響應(yīng)特性的同時仍然保持很高的效率——高負(fù)載時(輸出電流1A)轉(zhuǎn)換效率高達(dá)92%,且在輕負(fù)載時(輸出電流1mA)也達(dá)到了85%,非常適合于ADAS相關(guān)的傳感器、攝像頭、雷達(dá)、汽車信息娛樂系統(tǒng)及儀表盤等應(yīng)用。


1693383595553469.jpg

圖2:BD9P系列初級DC-DC轉(zhuǎn)換器

(圖源:ROHM Semiconductor)


與同類的產(chǎn)品相比,BD9P系列DC-DC轉(zhuǎn)換器中突出的優(yōu)勢包括:


在極寬負(fù)載電流范圍中實現(xiàn)高效率。以往的電源IC,為了確保高速響應(yīng)性能,需要較大的驅(qū)動電流,這就使得其在輕負(fù)載時很難同時實現(xiàn)高效率。而BD9P系列產(chǎn)品搭載了采用新型控制方式的電路,從輕負(fù)載到高負(fù)載均實現(xiàn)了非常出色的高效率,也就是說無論是汽車引擎停止還是運轉(zhuǎn)時,都可以降低應(yīng)用產(chǎn)品的功耗。


1693383578576235.jpg

圖3:BD9P系列在不同負(fù)載下均有高效率表現(xiàn)

(圖源:ROHM Semiconductor)


電池電壓波動時也可穩(wěn)定工作。通常DC-DC轉(zhuǎn)換器在輸入電壓波動時可能會引起負(fù)載電流的降低,進(jìn)而發(fā)生輸出電壓過沖問題,而BD9P系列DC-DC轉(zhuǎn)換器的電壓過沖僅有普通DC-DC轉(zhuǎn)換器的1/10,使得車載電子設(shè)備在由于發(fā)動機(jī)起停引發(fā)電池電壓波動的情況下,也可以穩(wěn)定工作;而且還可以省去以往為應(yīng)對過沖問題而使用的輸出電容器,這也有利于簡化系統(tǒng),節(jié)省成本。


1693383564933315.jpg

圖4:BD9P系列在電池電壓波動時也可穩(wěn)定工作(圖源:ROHM Semiconductor)


具有優(yōu)異的噪聲抑制性能。由于采用了Nano PulseControl?超高速脈沖控制技術(shù),BD9P系列IC可始終在2.2MHz工作,而不會干擾AM廣播頻段(高達(dá)1.84MHz)。此外,由于內(nèi)置展頻功能,可有效降低噪聲峰值,進(jìn)一步抑制噪聲,因此該DC-DC轉(zhuǎn)換器非常適用于對EMI敏感的車載應(yīng)用。


34.png


<關(guān)于Nano Pulse Control?>


一種超高速脈沖控制技術(shù)。實現(xiàn)了納秒(ns)級的開關(guān)導(dǎo)通時間(電源IC的控制脈沖寬度),使以往無法實現(xiàn)的高電壓到低電壓的轉(zhuǎn)換成為可能。


您可通過詳詢ROHM以便進(jìn)一步了解Nano Pulse Control?技術(shù)。


特別值得一提的是,BD9P系列可以和ROHM的BD9S系列次級DC/DC轉(zhuǎn)換器配合使用,提供一個完整的高效、高速車載電源解決方案。ROHM也可以提供相關(guān)的參考設(shè)計方案,以及免費的在線仿真工具,大大加速車載電源系統(tǒng)的研發(fā)過程,節(jié)省綜合成本。


1693383540970389.jpg

圖5:基于BD9P和BD9S的車載DC/DC參考設(shè)計(圖源:ROHM Semiconductor)


低功耗超小型LDO


除了DC-DC轉(zhuǎn)換器,LDO線性穩(wěn)壓器也是車載電源管理系統(tǒng)中常用的器件。由于其具有噪聲少、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等特性,常用于噪聲和成本敏感型的應(yīng)用。


在LDO方面,ROHM同樣具有很豐富的產(chǎn)品組合,而針對安全和舒適性應(yīng)用,ROHM還專門開發(fā)了一些極具特色的產(chǎn)品,比如下面這款面向ADAS、車載雷達(dá)、車用儀表等應(yīng)用而開發(fā)的BUxxJA2MNVX-C系列LDO,能夠滿足相關(guān)應(yīng)用外形小、功耗低和響應(yīng)快的設(shè)計要求。


1693383518180217.png

圖6:BUxxJA2MNVX-C系列LDO

(圖源:ROHM Semiconductor)


外形方面,BUxxJA2MNVX-C系列LDO采用了1.0mm × 1.0mm超小型封裝,與常見的1.5mm x 1.5mm封裝的LDO相比,貼裝面積減少了55%!此外,為了解決輸入電壓變動時輸出電壓變動及振蕩問題,通常需要使用一個外置電容,相較于以往LDO產(chǎn)品所采用的1.0μF電容,BUxxJA2MNVX-C系列LDO僅需0.22μF電容即滿足穩(wěn)定輸出電壓的需要,這就使得整個電路系統(tǒng)的占板面積進(jìn)一步縮小。


1693383494570337.jpg

圖7:BUxxJA2MNVX-C系列LDO采用超小型封裝(圖源:ROHM Semiconductor)


在功耗和響應(yīng)特性方面,BUxxJA2MNVX-C系列采用基準(zhǔn)電壓電路、放大電路等獨有的電路技術(shù),使得器件的消耗電流僅為35μA,這個數(shù)值只有以往產(chǎn)品的一半。而且消耗電流的降低并沒有影響該LDO的響應(yīng)特性,負(fù)載變動低至65mV。


可以想見,當(dāng)工程師面對著小型化、低功耗、高可靠的車載電源系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)時,有這樣一顆LDO擺在面前,難免不會心動。


高效率低EMI的PMIC


如果希望在有限的車載空間內(nèi),設(shè)計集成度更高、占位更小的電源系統(tǒng),PMIC(電源管理IC)是一個不錯的選擇。所謂PMIC就是一種在單芯片中集成了多個電源管理電路,以及時序控制等功能的IC,與采用獨立DC-DC、LDO及分立元件等搭建的電源系統(tǒng)相比,PMIC在減少空間和縮短開發(fā)周期方面優(yōu)勢明顯。這些特性自然也會受到不少車載應(yīng)用的青睞。


38.png

圖8:BD86852MUF-C PMIC

(圖源:ROHM Semiconductor)


ROHM的BD86852MUF-C就是一款專為ADAS車載攝像頭應(yīng)用而打造的PMIC,其集成有3個初級和次級降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器、外部線性穩(wěn)壓器控制模塊,以及CMOS傳感器和圖像傳感電源的上電復(fù)位功能,僅通過單個IC即可進(jìn)行電壓設(shè)置和時序控制,因此系統(tǒng)占板面積可減少約41%,十分有利于車載攝像頭模塊的小型化設(shè)計。


1693383465664775.jpg

圖9:采用BD86852MUF-C PMIC

顯著減小電源系統(tǒng)占板面積

(圖源:ROHM Semiconductor)


除了小型化,BD86852MUF-C PMIC在提升電源轉(zhuǎn)換效率、降低車載攝像頭模塊的功耗上也進(jìn)行了優(yōu)化。由于BD86852MUF-C是通過外置的LDO向CMOS圖像傳感器供電,有利于將集中在IC中的熱量分散開,而通過抑制整個電路的發(fā)熱量,可以實現(xiàn)高達(dá)78.6%的轉(zhuǎn)換效率,比普通產(chǎn)品提升約4%。


1693383449222983.jpg

圖10:BD86852MUF-C PMIC應(yīng)用示意圖

(圖源:ROHM Semiconductor)


而且這種電路設(shè)計還有一個好處,由于縮短了CMOS圖像傳感器和LDO之間的距離,因此可以減少對電源線的干擾噪聲,為CMOS圖像傳感器提供穩(wěn)定供電。同時,BD86852MUF-C還有進(jìn)一步減少EMI的對策——它在內(nèi)置的DC-DC轉(zhuǎn)換器中配備了展頻功能,可將開關(guān)帶來的EMI噪聲峰值降低約10dB。這對于空間有限、電磁環(huán)境復(fù)雜的車載應(yīng)用無疑是個佳音。


此外,BD86852MUF-C中還集成了各種保護(hù)功能,以及用來監(jiān)控電壓狀態(tài)的Power Good功能,確保其可靠穩(wěn)定的工作。而且,BD86852MUF-C PMIC的上述性能優(yōu)勢,已經(jīng)在系統(tǒng)級的應(yīng)用中得到了驗證,成為ROHM小型化、高效率、低EMI的車載攝像頭模塊解決方案中關(guān)鍵的一部分(如圖4)。


1693383403475970.jpg

圖11:ROHM車載攝像頭模塊解決方案

(圖源:ROHM Semiconductor)


低成本省空間的LED驅(qū)動器


LED照明在汽車中日益廣泛的應(yīng)用,一直在推動車用LED驅(qū)動器的發(fā)展。ROHM自然不會錯過這個市場機(jī)遇,推出了一系列符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的車用LED驅(qū)動器IC,包括升壓、降壓、升降壓、充電泵、恒流LED驅(qū)動器等全系的產(chǎn)品類型,覆蓋汽車外部照明(尾燈、轉(zhuǎn)向燈、DRL/定位燈和霧燈)、內(nèi)部照明、相機(jī)閃光燈、儀表板背光燈和LED狀態(tài)指示燈等各類應(yīng)用。


這些LED驅(qū)動器都針對目標(biāo)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化,比如下面介紹的這款內(nèi)置MOSFET的4通道LED驅(qū)動器BD183x7EFV-M,就在減小空間、節(jié)省成本方面獨具優(yōu)勢。之所以具有這些優(yōu)勢,是因為該LED驅(qū)動器采用了ROHM特有的熱分散電路和LED單獨控制功能兩項新技術(shù)。


以往在多通道LED驅(qū)動電路設(shè)計中,各輸出通道需要不同的熱分散電路引腳,而BD183x7EFV-M利用獨有的熱分散電路,將多個引腳簡化為1個引腳,通過一個小型的16-pin封裝就實現(xiàn)了4通道更高輸出(150mA/ch)。與此同時,LED單獨控制功能也讓以往需要兩個LED驅(qū)動器實現(xiàn)對不同規(guī)格LED的驅(qū)動,現(xiàn)在只需一個驅(qū)動器就能實現(xiàn),使得最終設(shè)計方案的占板面積大大減少。


1693383388222032.jpg

圖12:采用BD183x7EFV-M設(shè)計的

LED驅(qū)動方案占板面積大幅削減

(圖源:ROHM Semiconductor)


BD183x7EFV-M在節(jié)省成本方面的價值,是通過簡化設(shè)計流程來實現(xiàn)的。以往的多通道LED驅(qū)動產(chǎn)品需要為每個通道設(shè)計相對應(yīng)的熱分散電路,需要考慮每個通道LED的熱分散電阻電氣特性偏差以進(jìn)行權(quán)衡調(diào)整,費時費力。而采用特有熱分散電路的BD183x7EFV-M,只有一個熱分散電路引腳,僅需進(jìn)行一次熱設(shè)計,省時省力。


LED單獨控制功能同樣有助于簡化系統(tǒng)設(shè)計,縮短設(shè)計周期。BD183x7EFV-M內(nèi)置靈活的LED單獨控制功能,當(dāng)LED發(fā)生異常時,可選擇關(guān)閉所有通道或僅關(guān)閉單通道。由于世界各國對于發(fā)生異常時車載照明的安全標(biāo)準(zhǔn)不同,這一靈活的功能有助于用同一器件和方案應(yīng)對不同國家和地區(qū)的法律法規(guī),使得同一機(jī)型在全球不同市場擴(kuò)展時,無需重新設(shè)計或大大減少研發(fā)的工時。


1693383372684700.jpg

圖13:BD183x7EFV-M的靈活性可支持

設(shè)計方案在不同市場的快速擴(kuò)展

(圖源:ROHM Semiconductor)


此外,BD183x7EFV-M還配備了能夠提高設(shè)計靈活性的時序亮燈功能,僅需增加電阻器等外置元件即可實現(xiàn)不同機(jī)型擴(kuò)展設(shè)計;而且還具有豐富的保護(hù)功能,在異常發(fā)生時防止LED驅(qū)動器和外圍電路被損壞。


上述這些特性,讓BD183x7EFV-M非常適合用于汽車及新興的兩輪機(jī)動車的尾燈(剎車燈、后尾燈)、霧燈、轉(zhuǎn)向燈等汽車照明系統(tǒng),讓駕乘體驗更安全更舒適。


本文小結(jié)


汽車安全和舒適性功能的擴(kuò)展和用戶體驗的升級,少不了車載電源管理IC的助力。高效率、高可靠、小型化、低EMI,符合EMC要求、具有成本效益……諸多設(shè)計要求擺在面前,難免會讓工程師撓頭。


不過,如果你進(jìn)入到ROHM豐富的車載電源管理產(chǎn)品和方案庫中,會發(fā)現(xiàn)無論你有何種設(shè)計需求,總有一款專門優(yōu)化的產(chǎn)品或方案適合你,為相關(guān)汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)提供助力!本文僅僅是帶大家走到了這個技術(shù)“寶庫”的門口,從此起步,一起來深入探尋其中更多的寶藏資源吧。



免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。


推薦閱讀:


從CAN的發(fā)展史,聊聊如何選擇車載網(wǎng)絡(luò)方案

助力能源互聯(lián)網(wǎng)全面監(jiān)測,這些感知芯片必不可少

利用低噪聲、高速ADC增強(qiáng)飛行時間質(zhì)譜儀性能

突破光耦合的溫度限制,實現(xiàn)功率密度非常高的緊湊型電源設(shè)計

緩沖電路的種類和選擇

特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉